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排中律与薛定谔猫量子态的确切概念.排中律的适用范围.并解释为什么有时不适用?仅仅就是因为存在薛定谔猫这样的反例吗?有没有

来源:学生作业帮 编辑:拍题作业网作业帮 分类:语文作业 时间:2022/07/03 02:03:31
排中律与薛定谔猫
量子态的确切概念.排中律的适用范围.并解释为什么有时不适用?仅仅就是因为存在薛定谔猫这样的反例吗?有没有更深入的探讨?
ylang88:请不要随意灌水。
感谢zxz026网友的解答。
我本人的理解是:在人的经验范围内,排中律是永远成立的。猫的不死不活的叠加态,只是个量子论的假说,尽管从叠加态假说,可以推得符合实验的结论,但并不能证明假说本身的正确性,即叠加态是否客观存在。即便客观存在,按照量子论的观点,也不可观测,一观测就破坏了叠加态,因此人的经验中不存在叠加态,经验中只存在本征态。而逻辑排中律是经验定律,对经验、人的认识之外的东西,无从判断。
另外量子论的上述解释(不知道我的理解是否正确)是否可看作一种高明的诡辩?
叠加态到底是否客观存在?如果不是,为何其推断可以正确?如果是,能不能被人反映?能不能满足列宁的物质定义?有没有比列宁的定义更准确的定义?或世界到底是否可知?
呵呵,不一定全部回答,只要某一方面回答深入即可,当然我更盼望全部回答。
非常感谢宇筠锋先生的解答,期待你的续集
《现代汉语词典》中“排中律”词条是这么说的:形式逻辑基本规律之一,指在同一时间和同一条件下,对同一对象所做的两个矛盾的判断不能同时都假,必有一真,亦即,如果一个是假的,另一个一定是真的,不能有中间情况.而“矛盾律”词条说:……在同一思维过程中,对同一对象不能同时做出两个矛盾的判断,即不能既肯定它又否定它……公式是“甲不是非甲”或“甲不能既是乙又不是乙”.
对薛定谔猫的解说有多种版本,谁对谁错,尚在争论中.其中哥本哈根学派的所谓的正统诠释说:在未观测之前,猫处于既死又活的叠加状态——猫既是活的又不是活的.这其实并不算违反排中律(至少不是直接违反),因为排中律只是说“……不能同时都假……”,并未排除“同时都真”的可能性.“既活且死”所直接而明显违反的应该是矛盾律——猫不能既是死的又不是死的(第二个公式).
量子力学核心原理之一的态叠加原理说:体系可以处于多个本征态的线性叠加态之中.这里的“体系”若指微观体系,比如电子等粒子,则绝大多数科学家都认同态叠加原理的正确性;若指宏观体系,比如那又死又活的猫,则争论就很大了.你说“叠加态即便客观存在,也不可观测”是不妥的,正是因为对同一条件下的体系进行多次的同样的观测却可能得到多种结果这一观测事实,迫使我们断言在观测之前体系处于叠加态之中,亦即,叠加态是客观实在的观测结果“逼得”我们不得不接受的一种状态,怎能说不可观测呢?“一观测就破坏了叠加态”这倒是真的,但这不正说明叠加态可观测吗?若不可观测,又如何被观测破坏?“因此人的经验中不存在叠加态,经验中只存在本征态”这一句若去掉“因此”基本就对了.是因为日常经验中没有“对同一条件下的体系进行多次的同样的观测却可能得到多种结果”的情况发生过(抛色子等情况不属于“同一条件下”,因为每次抛的条件都略有不同),所以“人的经验中不存在叠加态,经验中只存在本征态”.这一事实与你前面说的“……一观测就破坏了叠加态”没有因果关系.
暂放死活猫,先来看看微观体系的态叠加与矛盾律的关系.比如,一个电子同时既在北京又在伦敦的情形,这在日常经验看来是奇怪而不可能的,但在真实的微观世界里,这却是真的可能的!这与矛盾律矛盾吗?似乎矛盾,因为“同时既在北京又在伦敦”就等同于“既在北京又不在北京”和“既在伦敦又不在伦敦”的结合,而后两者都是违反矛盾律的.但真的矛盾吗?我看关键是矛盾律中指的是“同一对象……”,而那个既在北京又在伦敦的单一电子真的是同一个电子吗?
由量子力学与狭义相对论及场论相结合而发展起来的量子场论认为:真空不空,那是充满了各种场或粒子的基态的热闹非凡的地方.真实的电子是电子场的激发态,电子场的基态则是无数的虚电子(它突然诞生,又很快消失,仪器不能直接探测到它,故称其“虚”).一个真实的在北京的电子,可以在不确定原理(量子力学的又一核心原理,又称测不准原理)允许的时间内向真空交出自己的能量,从而由激发态返回基态——虚电子的状态;与此同时,远在伦敦的某个虚电子可以向真空借出能量,使自己变成真实的电子.如果这个新诞生的真实电子再及时借助神秘的远超光速的非局域量子效应(这一效应已有实验证实其真实性)“通知”北京的真空不必返还原本那里的那个真实电子交出的能量,那么从表观效果上看,电子似乎瞬间就从北京跳到了伦敦!当然也可能“通知”没发出或没传到,那么,北京的真空就会及时向虚电子还回能量,使得真实电子再次在北京出现;而伦敦的真实电子也及时向真空还回能量而重返虚电子状态.这样就像什么也没发生过一样.
上段所述,事实上涉及两个对象——两地的不断互换中的虚实电子,还涉及这两者间的无限高速的神秘通讯,这已不是矛盾律中限定的同一对象,所以不违反矛盾律.既然貌似有两个电子,为何又称其为一个电子呢?因为神秘通讯确保了一个电子若在北京被探测到,那伦敦那个对应电子就必须处于基态的虚电子状态而不会被伦敦的仪器发现,反之亦然.正是在这个意义上,它俩还真的只是一个实电子!
在保证矛盾律中的每一个概念都有明确意义的前提下,我认为它是放之四海而皆准的.问题就在于,奇异的微观世界里“同一对象”“同一时间”“同一条件”等概念都变得模糊而微妙了,因此再肯定其绝对成立就显得有些底气不足.
回过头来看看猫.关于死活,先多说几句:这两种宏观状态其实分别对应着极多的各个微观状态的不同的组合,而且两者间并无明显的界限.现已公认,心脏停跳不是死亡的标志,脑死才是;而脑死又涉及到多种脑功能的一并丧失.可以设想,这些脑功能不是突然一齐都消失的,很可能最开始是某个神经元或神经突触中的某些分子不能再完成原应有的功能,然后该神经失效,再扩展到更多的神经……总之,生死之间的距离其实是很靠近的,相应的微观状态的不同组合之间的差异也可以是不大的.
猫体内的每个电子、质子等基本粒子都可以处于“虚实频繁互换因而状态也不断变化”的叠加态中.每个粒子的每个状态都可与其他所有粒子的所有状态进行几近无穷的组合.这些微观组态中的一部分对应于死,另一部分对应活;这两大阵营中的绝大部分组态是彼此大不相同的(对应于我们通常对生死大别的认识),而有一小部分则是差别不大的(对应于刚刚要死的状态).猫的生死叠加态其实是无数微观组态间的叠加态.这真的是可能的吗?
有相当一部分人认为这是不可能的.因为所谓的观测无非就是观测仪器与研究对象在一定程度上的相互作用而已,而这种相互作用会使叠加态坍缩到某个本征态;猫体内众多粒子间不缺乏相互作用,而这种相互作用“积聚”到某种程度后也就相当于某种观测,从而使猫自动地从“死活”态中坍缩出来.至于要积聚到何种程度以及如何积聚尚不得而知,但我比较倾向于这种观点.
列宁关于物质的定义我看仍适用,只是其价值似乎不大,因为“客观”是难以定义的,尤其在量子力学中,主客观似乎更是纠缠不清,难分彼此.
在量子力学的框架内,世界必然有一部分是在原则上也不可知的.比如,那个既在北京又在伦敦的电子,对于某次的观测,我们不能确切地预知它到底是在北京的仪器上出现,还是被伦敦的仪器俘获,我们知道的仅有相关的概率而已.
然而,量子力学是终极原理吗?在19世纪末的大多数科学家自以为已掌握了宇宙的奥义却被相对论与量子论的暴风雨狠狠修理了之后,谁还有那么大的自信打那个终极原理的保票呢?
还有啥问题,欢迎继续探讨.