關于物理學四大神獸的一些科普

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厲害！?。?！

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大概這篇要結束了，這次登場的是宇宙第一寶可夢知名度最廣的神獸，薛定諤的貓。
出于數(shù)學基礎，就不給大家介紹太深了，只是定性地介紹一下（實際上我也不會 ）。
首先是光的波粒二象性，從光學發(fā)展之初就一直有波動說和粒子說兩種主流說法，早期是粒子說占上風，直到菲涅爾的出現(xiàn)，通過波動說完美解釋干涉衍射現(xiàn)象。這段我一筆帶過了。大概到愛因斯坦時期，關于光電效應的實驗（實驗內容大致是光找到金屬上金屬會有電子逸出形成電流），截止電壓（也就是阻止電子逸出的電壓）與光強無關，且存在頻率閾值，與光的波動理論存在了矛盾。為了解釋以上現(xiàn)象，愛因斯坦提出了波粒二象性，即光束相互作用時的能流并不是連續(xù)分布的，而是集中在一些稱之為光子的粒子上。光子的能量與頻率成正比。波粒二象性可以很好地解釋光電效應，光電子只和單個光子發(fā)生相互作用因此與總的光強無關，從而截止電壓也只和頻率相關。同理電子逸出的最低功也就是閾值頻率的存在也是因為光的粒子性。
之后是物質波。大致在康普頓實驗（通過光子和電子的相互作用說明光的粒子性）之后，光子與實物粒子的界限越來越模糊。而德布羅意大膽提出實物粒子也存在波動性，與任何實物粒子相聯(lián)系的都存在一列波，這個波關系到粒子的狀態(tài)。
在物質波的假說提出后，大概到1970年代，有人利用電子做了干涉實驗（思想實驗的時間要更早），發(fā)現(xiàn)在電子通過足夠小的狹縫時，確實存在類似光的波動現(xiàn)象，即探測器上出現(xiàn)了干涉條紋，驗證了電子的波動性。于是證明了物質波的現(xiàn)實性，并且與波動光學中為解決問題而準備的概念復振幅類似，在量子力學中建立了一種叫概率幅的概念（復指形式），概率幅的平方即為粒子某種狀態(tài)的概率。概率幅亦稱波函數(shù)。
以上內容基本是量子力學里的哥本哈根學派內容，下面輪到主角——薛定諤的貓出場了。
根據(jù)以上內容，粒子在某時間的狀態(tài)是存在概率的，乍一看可能并無問題，即某個時刻這個粒子有多少概率是怎么樣，還有多少概率可能怎么樣。薛定諤設想：在一個小房間里關了一只貓，一個氫氰酸小瓶，一個放射性原子，以及蓋革計數(shù)器和傳動裝置。放射性原子的半衰期為T，那么在經(jīng)過T之后原子有1/2的概率是衰變了的，另1/2概率沒有衰變。也就是說，T之后原子的波函數(shù)處于衰變前后兩種狀態(tài)的疊加，似乎沒有問題。然而若原子衰變，衰變之后引起的射線經(jīng)裝置放大后打碎瓶子，釋放的氫氰酸揮發(fā)會毒死貓。也就是貓和這個放射性原子處于一種量子糾纏的狀態(tài)。放射性原子的衰變與未衰變對應貓的生與死，既然原子處于一種疊加態(tài)，貓也處于一種生與死的疊加態(tài)，在觀測導致波函數(shù)坍縮以前，這個貓既不是活的也不是死的。然而根據(jù)往常的宏觀看法來看，貓要么是活的，要么是死的，只是人不知道而已。（注意這里的疊加態(tài)并不只是描述貓生的概率或者死的概率，而是一種切實的疊加狀態(tài)，即貓的實體處于一種既生又死的狀態(tài)，感覺常有人誤解為只是一種事件發(fā)生的概率）。哥本哈根學派的觀點和宏觀的看法發(fā)生了沖突，并且由于量子學說一直未有實際完整的理論支持，薛貓也是迄今為止唯一幸存的神獸，還沒有被解決的佯謬。簡單地說，量子力學的內容，你知道他是什么，但你不知道是為什么。（參考資料《新概念物理?量子力學》）
總結的話：這個帖子更到這里大概也結束了，為了通俗易懂盡量避免了數(shù)學上的內容（實際上是懶得markdown并且自己也一知半解）。雖然我已經(jīng)極力使這個帖子的門檻降到了大概高中（芝諾龜?shù)臅r間速度概念、拉普拉斯的碰撞、麥克斯韋以及薛定諤的定性分析），看的人仍是寥寥無幾，前兩者留的思考題也沒有人做過。可能這些內容還是不能激起大眾的興趣吧。如果前文有未能理解的部分可以直接在貼內提問，我盡我所能解答，另外有其他想了解的知識（我會的話）也可以在下面提出來，我看看以后有沒有機會開貼科普。
最后，謝謝大家！

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挖到一個遠古神奇寶可夢帖子

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