薛定谔定律(薛定谔女孩是什么意思)

20世纪科学界最亮的两颗双子星是量子力学和相对论，爱因斯坦和玻尔的四次大辩论在量子力学和相对论之间引起了激烈的火花。

玻尔和爱因斯坦波尔和爱因斯坦

让我们简单回顾一下双方的阵营。量子力学一方以哥本哈根学派领袖玻尔为首，包括海森堡、泡利等人，而爱因斯坦的支持者包括德布罗意、薛定谔等人。

有趣的是，爱因斯坦、德布罗意和薛定谔都有意无意地为量子力学的发展做出了杰出的贡献。

玻尔“哥本哈根派”波尔的哥本哈根学派

爱因斯坦一派爱因斯坦学校

今天，我们来谈谈薛定谔。作为爱因斯坦的忠实支持者，薛定谔最重要的两个成果，薛定谔方程和薛定谔的猫，推动了量子力学的大发展。在爱因斯坦的阵营里可以称之为X队友。

量子力学建立之初，1913年，哥本哈根学派的领军人物玻尔、克拉默斯和斯莱特发表了BKS理论，提出了“波”和“概率波”模型，试图用统计方法解释光的二象性，重新解释能量和质量守恒。

玻尔波尔

可惜这个BKS理论是个大错误，玻尔提出的氢原子理论虽然引用了普朗克的量子化概念，但并没有跳出经典力学的范畴。电子的运动不遵循经典物理的力学规律，而是具有微观粒子-波粒二象性的独特规律性，这是玻尔当时没有认识到的。

玻尔的支持者海森堡意识到，在那个时代，物理学的研究对象只应该是可以观察和实践的东西，物理学只能从这些东西出发，而不能建立在不能观察或纯粹推断的东西上。即物理学的研究领域仍然只在宏观领域，不涉及微观光领域。

海森堡决定将研究深入到微观领域，并由此提出了矩阵力学，认为电子是量子化的，像粒子一样在不同的轨道上跳跃。

海森堡在这里提出的矩阵力学实际上是在论证电子具有粒子特性，因为那个时候波粒二象性的观点还没有提出来。所以大家都在争论电子是波还是粒子。

我们知道，薛定谔是爱因斯坦的忠实支持者，而他认为电子应该是波。

所以当时为了反击海森堡，1926年，薛定谔从经典力学的哈密顿-雅可比方程(分析力学中解决动力学问题的方程)出发，最后利用变分法(解决边值问题的方法)和德布罗意方程，算出了一个非相对论方程。希腊字母ψ ψ ψ ψ ψ ψ ψ ψ ψ ψ

这就是20世纪物理学史上著名的薛定谔波动方程。认为电子是一种波，就像云一样(电子云的起源)。放大后，仿佛融化在房间空里，成为无数振动的叠加。通常表现为量子态，因为蜷缩得太厉害，看起来像个小球。函数ψ是空中电子电荷的实际分布。

薛定谔方程薛定谔方程

但海森堡关于矩阵力学的论文，由于计算方法奇特，被改写成“共轭”波动方程的形式。

薛定谔方程的诞生首先展示了氢原子的离散能谱。在玻尔的原子模型中，电子被限制在一定的能级。薛定谔将他的方程应用于氢原子，发现他的解精确地再现了玻尔的能级。可以称得上是对量子力学发展的一次神助攻~

薛定谔方程可以说在物理学史上具有重大意义。被誉为“十大经典公式”之一，是世界原子物理文献中应用最广、影响最大的公式。他本打算反击海森堡，但这个公式却成了量子力学最基本的方程之一。

量子力学的核心方程是薛定谔方程，这就好比牛顿第二定律在经典力学中的地位。正是基于薛定谔方程，人们对量子力学的解释、波函数坍缩、量子纠缠、多重世界等等展开了热烈的讨论。

在量子力学中，系统的状态不能由力学量(例如x)的值决定，而是由力学量的函数ψ (x，t)即波函数决定。因此，波函数成为量子力学研究的主要对象。力学值的概率分布是什么，这种分布如何随时间变化？这些问题都可以通过求解波函数的薛定谔方程来解决。

它揭示了微观物理世界中物质运动的基本规律，是处理原子物理中所有非相对论问题的有力工具。它广泛应用于原子、分子、固体物理、核物理、化学等领域。

玻尔后来解释说，“电子的真实体，还是电子的原型？本色？都是无意义的话。对我们来说，我们唯一知道的是每次看到的电子是什么。当我们看到电子是粒状的，波动的，那么我们当然假设它是粒子和波的混合物。我们不需要担心它是什么或者自然是什么。我只关心我们能“观察”到什么性质。一个电子既是粒子又是波，但我们每次观察它，都只表现出一面。这里的关键是我们如何观察它，而不是它是什么。”

玻尔的这段话其实解释了量子力学的一个重要观点，即人类无法获得真实世界的某些结果。它声称自己只是通过这种测量来推测下一次测量的各种结果的分布概率，而拒绝对事物在两次测量之间的行为做出具体的描述。

这正是爱因斯坦的相对论所不能接受的。相对论虽然推翻了牛顿的绝对时间观空，但仍然保持了严格的因果性和决定论。

后来，玻恩提出了概率振幅的概念，并成功解释了薛定谔方程中波函数的物理意义。然而，薛定谔本人不同意这种统计或概率方法及其伴随的不连续波函数坍缩。薛定谔更不能忍，自己提出的薛定谔方程居然给量子力学做了嫁衣。

玻恩出生的

当然，爱因斯坦更不同意这种解释，这显然违背了他的相对论。为此他说了一句很经典的话:“上帝不是在和宇宙玩骰子。”

两个人有趣的回击两个人有趣的反击。

1935年，在与玻尔的争论中三次落败的爱因斯坦发表论文，直言“物体应该有实元素——精确的值和性质，但量子论只给出概率。”薛定谔表示非常支持爱因斯坦的论文。

薛定谔说，“公开要求那些武断的量子力学支持者解释我们在柏林急切讨论的内容”。爱因斯坦和玻尔在柏林相遇，在那里他们开始产生分歧。

仅仅十天后，爱因斯坦给薛定谔写了回信，称“这场沉浸在认识论中的闹剧可以休矣”。

并且在这封信中，爱因斯坦举了这样一个例子:两个完全相同的封闭盒子，在其中一个盒子里放一个球，在打开任何一个盒子之前，按照常识，找到第一个盒子里的球的概率应该是50%。但是爱因斯坦不认为这是一个完整的描述。他认为在原子领域一定有合适的理论，可以计算出一个确切的数值。在他看来，仅仅计算概率是不够的。

让我告诉你一些事情。前面说过，爱因斯坦用找到球的概率来指代量子力学，根据自己的相对论，他认为自己可以计算出一个确切的值。

受这封信的启发，薛定谔用一只猫代替了球。盒子里有一只猫，还有少量放射性物质。之后有50%的概率放射性物质会衰变释放出毒气杀死猫，而有50%的概率放射性物质不会衰变猫会活下来。

根据经典物理学，这两种结果中的一种会发生在一个盒子里，外部观察者只有打开盒子才能知道盒子里面的结果。但在量子世界中，盒子关闭时，整个系统保持一种不确定的波态，即猫的生死叠加。猫是死是活，必须开箱后才能知道。

这就涉及到一个电子双缝实验，也就是我们前面提到的电子是粒子还是波。在德布罗意提出波粒二象性之后，C.J .戴维森和L.H .格默通过实验证实了一切物质都具有波粒二象性。量子力学认为，当人们不观察粒子时，粒子是以波的形式运动的。因为干涉，通过双缝后会有痕迹。一旦被观测到，它们立刻选择变成粒子，不会干涉，会通过双缝留下痕迹。(电子属于粒子的一种)

这个实验原本是薛定谔用来打量子力学耳光的，因为他旨在展示量子力学对超出常识的微观粒子世界的认识和理解，将微观测不准原理变成宏观测不准原理。客观规律不以人的意志为转移，猫的生死违背了逻辑思维。

根据量子力学的理论，在不打开盒子的情况下，“猫此时可以说是生与死。”但是，这个包含生死的波函数ψ并不能用来描述真实的情况。

可惜薛定谔忘了，量子力学的目的是探索微观领域，而不是宏观世界，有时候宏观世界并不能用来解释微观世界。量子力学的一个中心原理就是粒子可以以叠加态存在，同时具有两种相反的性质，也就是我们所说的波粒二象性。虽然我们在日常生活中经常会面临“非此即彼”的选择，但在微观世界中我们可以接受“非此即彼”，就像我们常说的不能简单判断一个人的善恶一样。

在过去的几十年里，物理学家已经在实验室中成功实现了多种薛定谔猫态，将物质粒子转化为既是A又是B的叠加态，并探测它们的性质。尽管薛定谔仍然固执地表达了他的保留意见，但每一个测试结果都符合量子力学的理论预测。

2015年，瑞士洛桑联邦理工学院的科学家成功拍摄到光和波粒二象性，100%证明了量子力学的概念。

照片中，底部的切片状景象展示了光线的粒子特性，顶部的景象展示了光线的波特性。照片中，底部的切片场景显示了光的粒子特性，顶部的场景显示了光的波动特性。

薛定谔的猫原本是用来挫败量子力学的一个意识形态实验，却成为解释量子力学本质的经典隐喻之一。这也揭示了广阔的微观世界充满了神秘、未知和危险。

作为爱因斯坦的队友，薛定谔真的坑了爱因斯坦，爱因斯坦的名言；“上帝不掷骰子”，但薛定谔的猫是最好的论证:上帝似乎在掷骰子。