薛定谔的猫变身记

科普文创 7个月前

  小猫咪我已经活过了84个春秋,我的主人薛定谔在1935将我创造出来,可是他并不是想让我做宠物,当然更不是想将我烤成香喷喷的猫肉,而是更加恶毒地将我扔到一个装有有毒气瓶子的笼子中,并在笼子中放进了放射性元素。

  事情到底是怎样子的呢?请大家听我娓娓道来,替我洗刷掉冤情,将我从水深火热的世界中拯救出来。求求你了,一定要将我从水深火热中拯救出来,我真是比窦娥还冤呀!

  但是也不是那么容易地就能将我拯救出来的,必须历经九九八十一次磨难啊。

  1. 化身子弹

  首先大家要能回答一个问题,这是重中之重的关键问题,涉及到能不能将我救出来的关键。

  这个问题就是:“一颗子弹能够同时穿过两个有一定距离的小孔吗?”要注意是同时喔!同时!

  相信大家都认为这是不可能发生的事情对吧。

  其实我就是由这个魔幻的实验变身而来的薛定谔的小猫咪,我拥有着无边无际的法力。

  那时候我还是一颗类似子弹的微小粒子,在微观世界中忽然遇到一个上帝。

  他刁难地对我说道,”除非你能够同时穿过那两个小孔,否则我就要将你杀死。“

  这也就是为什么我会问大家上面那个问题。

  这个上帝真是歹毒无比呀!他想我死无葬身之地!!!

  幸好这对于我来说不过是一件小儿科的事情。

  我在微观世界中,远远地看着那两个小孔,发现周围没有任何人在观察我,于是我就瞬间穿过了那两个小孔。

  哈哈!上帝想我死,那是不可能的事!

  但是上帝又刁难我说,我在撒谎,要我拿出证据出来。他说他要看着我同时穿过那两个小孔才会相信我,口说无凭。

  可是我的法力在上帝的观察下就会完全失效,在上帝眼睁睁的注视中我只能穿过一个小孔,根本不可能穿过两个小孔。

  “就说你是个偷鸡摸狗的骗子吧,现在你只穿过一个小孔,从始至终你都在骗我。以为至高无上的神是这么好欺骗,是这么容易蒙混过关的吗?”上帝盯着我奸笑道。

  我真是有苦难言啊!我这个法力在别人的观察下是会完全失效的,只能穿过一个小孔。

  我不甘心就这样死去,于是我从地球上找来一大堆科学家。这些科学家都是无比诚实,老实巴交的人,我让他们来帮我澄清我没有说谎的事实。

  2. 化身能量子

  我第一个找的人叫普朗克,他是一位地地道道的理论物理学家。当初慕尼黑的物理学教授叫他不要学物理,还好这个小子没有听他的话,要不我也不可能找他了。

  我首先让他研究一个现象,叫做“紫外灾难”。

  那时科学家们都认为能量是连续不断,就像一束光看起来像是延绵不断的那样。

  所谓的“紫外灾难”就是一个黑体被不断地加热,导致温度不断提高,在这个过程中黑体会不断向外发射出电磁波。

  由于当时的物理学家认为能量是连续的,所以当黑体自身的温度不断升高时,它就会散发出频率越来越高的能量,理论上能量最后会趋向无穷大。但是最后得出的结果和实验不符和,这就是当初物理学家臆想的“紫外灾难”。

  当时我找到普朗克,让他计算出和实验相符合的那条曲线,他就是据此将我创造出来的。

  对的,这时候我已经变身为能量子,也就是普朗克所说的能量应该是一份一份,也就是量子化的,每一小份的能量大小应该是hv。而不是像其它物理学家臆想的那样,能量应该是连续的。

  这个就是我的其中一个性质,也就是我为什么能够化身为子弹的重要原因。

  可是普朗克提出这个能量子这个概念的时候,他自己也不敢相信。还说他算出来的这个结果,不代表着黑体产生的辐射场本身具有不连续性。

  所以上帝说我的证据严重不足,迫于无奈,我只能找下一位物理学家。

  3. 化身光子

  我找的第二位物理学家叫爱因斯坦,他是被公认为当今世界最伟大的物理学家。

  我心想,找到爱因斯坦这个权威来证明,上帝就不会再说我的证据不足了吧。

  我让爱因斯坦研究一个实验,也就是著名的光电效应实验,爱因斯坦还因此获得了物理学诺贝尔奖。

  由于当时的物理学家认为光也应该是连续的,也就是电磁波应该是连续的。(麦克斯韦方程组证明出光和电磁波是同一种物质)

  这个实验是这样的,我让一个人在下面这个电路中,透过窗口射入一束光。一开始这束光的频率比较低,这时候电流表的指针没有出现任何偏转。

  薛定谔的猫变身记

  于是我又让那个人不断地增大光照强度,但奇怪的是,这时候电流表的指针仍然没有任何偏转。这让当时所有的物理学家彻底震惊了!

  因为按照这些物理学家的观念,光应该是连续的,当增大光照强度的时候,金属板就会吸收到足够的能量,引起其中电子的逃逸,所以应该会产生电流。

  但在实际实验中没有观察到有一丝电流产生!

  那一群物理学家不甘心,于是又改变了光的频率,将照射光的频率逐渐增大。当入射光的频率增大到某一个特定值时,电流表居然破天荒地偏转了,产生了电流。并且继续增大入射光的频率的时候,仍然会有电流产生。

  于是我找到爱因斯坦,在他的脑袋中幻化成一粒粒光子。爱因斯坦兴奋地一拍脑袋说道:“对呀,这里的光应该是光子,应该是不连续的。”

  “当光束照射在金属板上时,光子一个一个地打在它的上面。金属中的电子要么吸收一个光子,要么完全不吸收。所以才会有上面的现象。”爱因斯坦解释道。

  这时候我才发觉我还是太天真了。

  上帝又刁难我说,我相信你是能变成一个个粒子,但这和你能同时穿过两个狭缝有什么关系吗?

  4.化身为波

  面对上帝的质疑,我彻底没辙了。因为我发现整个物理学界都没有人能够解决这个问题,所以我从文学界搬来了一个救兵,他就是德布罗意!

  德布罗意大学本科是学历史的,后来他在的我的指引下,对物理产生了浓厚的兴趣。最后在我的怂恿下,博士转到了物理专业。

  于是我立刻就让德布罗意研究当时最难的物理学问题,也就是怎样证明我能同时穿过两个小孔!

  这时候德布罗意发挥出他天马行空的想象力,认为光子不应该仅仅是粒子,也可能是波。

  这个天才般的想法也正是他从文学那里借鉴过来的,因为在哲学中万事万物都是有其内在矛盾性的。

  所以德布罗意认为光子也应该具有其内在矛盾性,他这篇博士论文还因此获得了诺贝尔物理学奖。

  他在论文中列出了著名的德布罗意方程组,如下图所示。

  薛定谔的猫变身记

  在方程的左边我是粒子,在方程的右边我是波,这一发现让所有物理学家彻底惊呆了。

  我既是波,又是粒子?也就是说我既是连续的,又是不连续的?

  上帝再次嘲弄我,说我自己都没办法自圆其说,又怎么能相信我能同时穿过两个小孔呢?

  其实我想说的是,我既不是波,又不是粒子。但我就是能同时穿过两个小孔,只要…只要上帝瞎了眼,不看我就行。

  这样我一定能同时穿过两个小孔!

  5.化身为猫

  上帝为了惩罚我,找了一个风流倜傥,拥有多位情人的物理学家来反驳我的狡辩。

  这个可恶无比的人就是薛定谔,他将我变成了一只猫!

  他将我关在一个笼子中,这个笼子里面装着一个一瓶毒药,毒药上面有一个锤子,而锤子由一个开关控制,开关又由放射性原子控制。如果放射性原子发生衰变,就会放出α粒子,触动开关,锤子落下,砸碎药瓶,释放药瓶里面的毒性气体,然后我就会死。

  薛定谔的猫变身记

  ”已经知道我在一天的时间内,有一半衰变的概率。那么一天过后的我应该是活着,还是已经死了呢?”

  上帝说只有当我能回答出这个问题,才能将我从笼子里释放出来,脱离既是活着又是已经死了的叠加状态。

  求求救苦救难各位读者,帮我想想办法,将我从既死又活的状态,并且装着毒药的笼子中拯救出来,脱离上帝的魔爪!

  注释:

  黑体:能吸收射到其上的全部辐射的物体,这种物体就称为绝对黑体,简称黑体。