薛定谔的猫箱子里的猫既是活的又是死的

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年,量子力学的鼻祖之一、奥地利天才薛定谔终于受够数学上的怪异诠释。经过与包括爱因斯坦在内的同僚漫长的讨论之后,他提出科学史上最著名的一个臆想实验。他撰写了一篇题为《量子力学现况》(ThePresentSituationinQuantumMechanics)的长篇论文,发表在一份顶尖的德文科学期刊里。这篇文章自此被昵称为“薛定谔的猫”;许多人曾经绞尽脑汁试图凸显或破解这一则薛定谔所述的悖论,包含量子物理学家在内。这些年来,许多独具想象力的奇特解答陆续被提出,包括向过去的时刻发送讯息,以及意识心智的力量足以改变事实存在等。

薛定谔提出的问题是,如果将一只猫跟一部盖格计数器以及少量的放射性物质一起放在一个密闭箱子里一段时间,会发生什么事。由于放射性物质的量极少,有50%的概率在1小时内只会有一个原子产生衰变,并释出一个次原子粒子,例如阿尔法粒子。假如发生这种情况,将会触发盖格计数器,经由继电装置启动锤子打破一只小烧瓶,将氢氰酸释出到盒子里,立即置猫于死地(我想无需说明这类实验从未实际执行过,这就是为什么它被称作“臆想实验”)。

正如我们上一章所提到的,放射性原子衰变发生的时机,是一种甚至在原则上也无法事先预测的量子事件。根据量子力学另外两位开山祖师玻尔与海森堡所提出的标准来诠释,这并不是因为我们无法掌握预测所需的所有信息,而是因为在量子的层次上,大自然本身就不知道衰变何时会发生。许多人相信,这种随机事件能让我们幸免于上一章所提的牛顿决定论。我们只能推断,经过一段时间(与物质的放射性半衰期有关)之后,原子有某个概率会产生衰变。当箱盖盖上的那一刻,我们确知原子尚未衰变。之后,我们不仅不知道原子是否已产生衰变,而且还被迫将放射性样本中的每个原子描述成同时处于两种态——已衰变和未衰变,前者的概率随着时间增加,后者随着时间减少。我必须强调,这并不是由于我们无法得知箱子里发生什么事。我们被迫接受这种描述,因为这就是量子世界的运作方式:只有当原子与其他物质存在于如幽灵般的中间态时,微观世界才能被我们所理解。如果原子不是这样表现,我们恐怕就无法理解微观世界了。

只有在上述情况确实为真时,许多物理现象才得以获得解释。例如,要了解太阳如何发光,我们必须借由这些奇特的量子行为来说明其内部热核融合反应的过程。日常巨观世界中的物理定律常识并无法解释原子核如何融合在一起,使太阳散发出热与光。假使没有这些热与光,我们当然不可能在地球上生存。如果原子核的表现不按照量子规则,所带的正电荷会在彼此之间建构出一道斥力场屏障,它们便永远不可能靠近到足以进行融合。正是因为它们表现得像一团晕开的量子物质,所以可以彼此重迭,偶尔还会发生两者位于力场屏障同一侧的情况。

当薛定谔领会到量子世界是如此奇特后,他认为:猫也是由原子组成的,而每一个原子都遵从量子力学的法则;当猫被放在箱子里,其命运便与放射性原子纠缠在一起(术语叫做“缠结”,entangled),也应该适用相同的量子法则。如果原子未产生衰变,猫就会存活下来;如果发生衰变,猫就死了。如果原子同时处于这两种态,猫也必须同时处于两种态——活猫态和死猫态。这意味着,猫既不是真的活着也不是真的死了,而是处于一种模糊的、非物理的、介于两者之间的状态,只有当箱子打开,猫才会出现两种态的其中一种。这就是标准量子力学所告诉我们的,听起来像无稽之谈,毕竟我们从来没有看过这种既活又死的猫。量子物理却告诉我们,在亲眼目睹之前,我们必须用这种方式来描述猫的状态。

不论这个异想天开的概念听起来多么荒唐,请读者务必相信,它并不只是长时间浸淫在方程式中的理论物理学家们所得到的疯狂结论,而是科学上最强大而可靠的理论所做出的严谨预测。

当然,我希望你会认为,猫必然是死的或是活的,我们把箱子打开并不会影响其结果。问题不就出在我们无从得知箱内已发生的状况(或未发生的状况)?没错,这正是薛定谔想要凸显的重点。

尽管薛定谔对于新理论贡献极大(量子力学中最重要的方程式就是以他的名字来命名),他仍然不甚满意;甚至在年代,他光是在这些议题上就与玻尔及海森堡数度进行争辩。

不论对非物理学家的普罗大众解释得多么仔细,量子力学听起来依旧令人费解,甚至不切实际。但不论在逻辑上或数学上,规范量子行为的定律和方程式都是明确而完整的。就算许多量子物理学家自身未必满意方程式中的抽象符号与真实世界产生链接的方式,量子力学中丰富的数学架构依然非常实用且精确,无庸置疑地反映出这个世界的根本事实。我们能否在保留量子力学及其诡异性质的前提下,破解猫的悖论?如果无法解开这个谜题,又会如何?一路走来我们已经战胜许多强大的精灵,不该在这里被一只小猫击败。

埃尔温·薛定谔

年至年间,科学面临空前绝后的革命。当然,科学史上也有其他伟大的时刻,例如哥白尼、伽利略、牛顿、达尔文、爱因斯坦、康普顿·克里克及华生等人的新发现,从本质上改变我们对于这个世界的理解。但我认为,这些伟大天才们改变科学的深远程度都比不上量子力学。这个领域在几年的时间里发展起来,并且永远地改变我们对现实存在的看法。

我来简单介绍一下年代初期物理界的情况。当时已知所有的物质由原子组成,科学家们对于这些原子内部的构造以及其组成也已经有粗浅的了解。由于爱因斯坦的贡献,我们知道光既能够表现出粒子流的性质,也可以像蔓延开来的波,依所建立的实验装置是针对光的何种性质而定。同时也有愈来愈多证据显示,物质粒子(例如电子)同样可以呈现出这两种相互矛盾的性质,尽管非常怪异。

年,玻尔从曼彻斯特凯旋荣归,回到哥本哈根。他在曼城时曾协助欧内斯特·卢瑟福德建立一个原子内的电子如何环绕原子核运行的理论模型。几年之后,在嘉士伯啤酒商的赞助下,他在哥本哈根成立了一间新的研究机构。在获颁年诺贝尔物理学奖的殊荣之后,他开始找来一些当代最伟大的科学天才。这群“后起之秀”当中最有名的当属德国物理学家海森堡。年夏天,海森堡在德国赫里戈兰岛治疗他的花粉症,逐渐康复的同时,他也在建构描述原子世界所需的新数学并取得重大进展。这是一种奇怪的数学,它所告诉我们关于原子的一切则显得更加不可思议。例如,海森堡认为不仅在不进行量测时,我们无法指出原子电子确切的位置,即便进行量测,电子本身也不会有一个明确的位置,而是一团难以掌握的模糊状态。

海森堡被迫得出这样的结论:原子世界是一个虚幻的半真实世界,只有当我们建立一套量测仪器去探测它时,才能将它转化为具体而清晰的存在。即使如此,仪器也只能显示量测所针对的性质。

在没有详述太多技术细节的前提下,测量电子位置的仪器确实会找出电子的位置,而另一套测量电子运动速度的仪器也会提供确切的答案,但却不可能在实验中同时测出电子的确切位置及其运动速度。这个想法即是著名的海森堡测不准原理(HeisenbergUncertaintyPrinciple),迄今仍然是科学上最重要的概念之一。年1月,大约在海森堡发展这些构想的同时,薛定谔发表了一篇论文,提出另一种数学方法来描绘原子的不同图像。

他的原子理论表明,环绕原子核的电子并非位置模糊而不可测知,它其实像是原子核周围的一种能量波。电子之所以没有明确位置,是因为它并非是一个粒子,而是一种波动。薛定谔想要区分下面两者:电子看起来是一团模糊晕开的图像,与电子是一团清晰可辨的云雾。在这两种情况下,我们都无法指出电子的明确位置,但薛定谔倾向认为电子其实是散布开来的波,直到我们查看它为止。他的原子理论被称为“波动力学”,其著名的方程式用来描述这些波动如何随着时间以完全命定的方式演变。

时至今日,我们已经学会用这两种方式来看待量子世界——海森堡抽象的数学方法,以及薛定谔的波动方式。这两种表述方式都没有问题,学生也都会学到;量子物理学家则根据手边欲解决的问题形式,轻易地在这两种表述之间转换。而且,这两种理论都对这个世界的物理现象做出相同的预测,并与实验结果完美吻合。其他量子物理先驱如沃尔夫冈·泡利和保罗·狄拉克也曾在年代晚期指出,这两种理论在数学上是完全等价的,差别只在于用哪种理论描述原子所对应的特殊性质较方便而已。情况类似用两种不同的语言描述同一件事。

量子力学作为一种数学理论,尽管已经极为成功地诠释微观原子世界的结构,以及从电子、夸克、到微中子等构成物质的各种要素,它仍然有一些尚未解决的问题,包括我们应如何诠释数学,以及量子世界如何放大成为我们所熟悉及居住的巨观世界。后者正是薛定谔在他的悖论中凸显的问题。

量子叠加

整个故事还缺了一个重要的环节。我要求读者思考猫的问题;他由数以兆计的原子所组成,能同时处于存活与死亡两种态。但我同时还期望你仅基于量子世界的怪异性,就接受单一原子可同时处于两种态的概念。因此,我想我最好先解释清楚物理学家为何如此确定原子是这样表现的。

量子物体“同时做两件(或更多)事”或者“同时位于两处(或更多处)”的特性,严格的说法叫做“迭加”(superposition),而这个概念可能不如你想象中陌生。事实上,迭加并非量子力学独具的性质,而是一般波动都会有的特性。在水波的例子里,这个特性最为明显。想象我们正在观赏奥运会的跳水比赛。当选手跃入水中,你会看到圆形的波纹由入水点一路向外扩散到水池边。这与泳池中挤满了戏水的人潮时,到处水花飞溅的状态呈现鲜明的对比。

许多扰动加总在一起的效应,让水面波澜四起。这种将不同的波累加起来的程序便称为迭加。

考虑许多波的重迭是相当复杂的,只考虑两个波的迭加就容易许多。设想两颗石头同时落入一潭止水中,一颗从你的右手,另一颗从左手。每一颗石头入水后都会产生向外扩散的圆形波纹,并且与另一颗石头引起的波纹重迭。如果拍摄一张这种迭加的快照,你将会观察到复杂的图案,并且在某些位置出现两种极端不同的状况:在某些位置,两个波的波峰会累积成更高的波(称为“建设性干涉”);在另外一些位置,其中一道波的波峰则会完全被另一道波的波谷抵消,使该处的水面暂时平静下来,彷佛没有波通过一样(称为“破坏性干涉”)。请记住以下观念:两个波的扰动经过迭加后有可能彼此抵消。

接着,我们来看这种现象在量子世界中的对等行为。我们在第五章讨论光及其波动如何在宇宙中传递时,曾提过一种叫做干涉仪的装置,能够将两道波迭合在一起,显示两者之间的建设性或破坏性干涉。在干涉仪里输入单一波动,就能产生某种可观测信号;经过调整之后,可以让输入的第二道波与第一道波产生破坏性干涉,让信号消失。这清楚证明:输入干涉仪的信号具有波动性。

现在我们要进入真正精彩的部分了。某些类型的干涉仪可以侦测次原子粒子(例如电子)的出现。这些粒子可经由某种装置将其行进路径一分为二,使它们循着两条不同的路径前进,直到最后再次汇集。如果把这类装置设计成可以接收光束,它的功能就显而易见:光可透过一个名为“半镀镜”(half-silveredmirror)的装置分为两束(一片半透明的玻璃,能使一半的光透过并沿着其中一条路径前进,另一半的光则被反射,走另一条不同的路径)。这个装置能够使原本的一道光束变成两道。这两道光束(或光波)在装置里沿着不同的路径传递,最终再度交会并在彼此之间产生干涉;干涉的结果则取决于各自行经路径的精确长度。如果两条路径长度完全相同,两道光波就会完全重合,称之为“同相”(inphase);但如果它们再度交会时是“反相”(outofphase),在某些地方就会发生破坏性干涉,这些地方就像没有光照射到一样。要记住的重点是,只有在两个波彼此重迭时,会产生这些结果。

以下是量子世界真正令人震惊的性质。如果将一颗电子输入类似的装置,迫使它在两条路径中择一(例如,利用磁铁或带电导线使它偏向其中一个方向),那么我们看到的将不是常识所预期的。

电子不会沿着其中一条路径行进,而是出现类似光波的表现,借由某种方式分成两半,同时沿着两条路径传递。我们怎么知道会这样?当一颗电子表现得像两束通过该装置的光时,我们在两条路径再度交会之处所看到的结果,正好符合预期的干涉图形。量子力学诞生后,物理学家就一直试图厘清粒子(例如电子)如何做到这一点。他们似乎真的能同时沿着两条路径行进,否则我们就不会看到像波一样的建设性与破坏性干涉行为。事实显示,当我们没有进行观察时,必须将量子物体描述成波,这正是量子理论所预测的。但是一旦我们进行观测,例如在干涉仪的其中一条路径上安装某种侦测器,我们不是观测到电子行经该路径,就是未观测到任何信号(亦即电子走另一条路)。换句话说,当我们在电子传递过程中对它进行量测,就只会看到电子取道两条路径之一。因为在这么做的同时,我们无可避免地会干扰它的量子行为,使任何类似波的干涉特性消失。这时电子已不再同时沿着两条路径行进,所以这一点也不奇怪。

我们得到的启示如下:在量子世界中,事情的发展取决于我们是否进行观察,结果会有很大的不同。当我们不观察时,它们处于迭加态,能同时做两件以上的事。一旦我们进行观察,就会立即迫使它们在各种选项之间做出选择,呈现合乎常理的结果。关在箱子里的放射性原子与猫,确实是两种量子态的迭加,同时是已衰变与未衰变。这并不是因为我们无法掌握信息,所以必须“容许”它可能处于任一状态,而是因为它确实是两者虚幻般的结合。

量测问题

能够用数学方程式描述原子的表现无疑是件好事,不过一个半吊子的科学理论,顶多只能涵盖有关现实世界的预测,以及为了验证这些预测所进行的实验结果。量子力学则描述我们没有观测之下原子世界的运作(是种相当抽象的数学表述),但若我们决定进行量测,它也能对量测结果做出令人惊讶的准确预测。不过,从不在观察之下到使用量测装置,所得到的结果如何从前者转换到后者,仍是未解的谜。这就是所谓的量测问题。这个课题可以直述如下:原子及其同类如何从一个局限于微小区域的粒子化身为数个蔓延开来、波动型态的自己,而且在我们查看时又能迅速彻底变回微小的局域性粒子?

即使量子力学获得巨大的成功,它并未告诉我们,如何从描述电子环绕原子核运行的方程式过渡到对电子进行具体量测所获得的结果。基于这个原因,量子力学的鼻祖们特别量身制订了一套法则,作为量子论的补遗,称之为“量子力学基本假设”。这些假设犹如某种说明书,告诉我们方程式导出的数学预测如何对应到我们观察所得的具体性质,例如电子在任一时刻的位置。

至于电子转眼间从“在此处以及他处”转变成观察之下的“在此处或者他处”,其实际过程究竟为何并不为人知;但大多数物理学家一直乐于采用由玻尔所提出的务实观点——它就是这么发生了,他称之为“不可逆的扩大过程”。不可思议的是,对于20世纪多数的专业量子物理学家而言,这种观点就够用了。玻尔在量子世界(怪异事件可于其中发生)以及我们所处的巨观世界(一切事物的表现都是合理的)之间,任意地做出区别。侦测电子的仪器设备显然是巨观世界的一部分;但这种量测过程究竟如何发生、为何发生、以及何时发生,玻尔并未厘清。这正是薛定谔所提出的问题——微观与巨观之间的分界究竟何在?我们认为,界线显然落在原子与猫这两个尺度之间的某处。果真如此的话,我们该如何界定这种区隔?毕竟猫本身也是原子的集合体。换言之,不论是盖格计数器、干涉仪、一部具有各种旋钮和转盘的精密仪器,甚至是一只猫,任何量测装置终究都是由原子组成。那么,在受到量子定律规范的量子尺度,以及量测仪器所在的巨观世界之间,我们要如何划分界线?构成量测装置的究竟是什么?

在充满大型物体的日常世界中,我们一向理所当然地把各种物体所呈现的样貌当作其“真实形态”。我们如果看见某样东西,表示光从那样东西进入我们眼里。然而,如果在我们希望看到的物体上打光,当光线投射其上再反射时,将会造成干扰并使其状态产生细微的改变。当我们看着大型物体,例如汽车、椅子、人,甚至在显微镜下观察活细胞,都不会带来任何问题,因为光粒子(光子)与被观测物体之间的碰撞并不会产生任何能被我们察觉到的效应。但是,如果我们观测的是量子物体,由于它们本身尺度跟光子一样小,情况就不同了。每个作用力会产生大小相等且方向相反的反作用力。为了“看见”电子,我们得让光子从它身上反射出来,如此一来就会将电子从它原本的路径上撞开。

换句话说:为了获得某个系统的信息,我们必须对它进行量测,但在此同时,我们往往也无可避免地改变了它的状态,导致我们无法观察到它真正的性质。在不试图证明量子量测的微妙性之下,我试着用简单的词汇解释关于量测的概念。希望这能帮助读者理解。

让我们暂且先喘口气,回顾一下到目前为止谈过的。我们知道量子世界难以掌握,总有些事情偷偷摸摸地发生;这些现象不仅在我们日常世界中不可能发生,而且还难以捉摸,让我们无法透过量测去掌握。一旦打开薛定谔的箱子,我们总会发现一只活的或是死的猫,而不是这两种状态的迭加。这么看来,我们并没有更接近悖论的解答。

孤注一掷的尝试

那么,物理学家对于薛定谔的论文有何反应呢?玻尔和海森堡并不认为,盒子打开之前的猫确实同时处于死的与活的两种状态。

他们并未提供这个悖论的合理解答,反而借由一个巧妙的论点回避它。他们坚称,在打开盒子并查验内容物之前,我们无法对猫下任何评断,甚至连赋予它一个独立的现实存在都不行。“猫是否真的同时既死又活”并不是一个恰当的问题。

他们所持的理由是,当箱子是封闭的,我们根本无从讨论猫的“真实”状态。我们只能检视,方程式如何预测箱子打开时我们会发现什么。量子力学无法告诉我们箱子里头发生的事,甚至无法明确告诉我们打开箱子会发现什么;它只能预测我们发现猫死亡或存活的可能性。如果真的进行这种实验并且重复多次(牺牲许多只活猫),量子力学的预测就会是正确的(就像我们得多次抛掷硬币才能确认,正反两面出现的统计概率各为50%)。这种量子概率非常准确,但唯有坚信原子处于两种态的迭加,我们才能算出以上的结果。

多年来,即便未能解释量子诡异性,许多物理学家还是尝试找出量子世界运作的方式;为了解决薛定谔的猫这个难题,有些非常奇特的建议被提出。其中一个构想称为交换理论(transactionaltheory),不仅牵涉到跨空间的瞬时连结(光是这点就已经够严肃了),还有跨时间的连结。根据这种观点,打开薛定谔箱子的动作会向过去传递一道讯息,通知放射性原子“决定”是否进行衰变。

有一阵子,大家甚至喜欢把意识心智加入量测,迫使量子世界转换到巨观世界,认为意识的某种独特性能够驱动“不可逆的扩大过程”,导致量子迭加消失。毕竟没有人知道,具有迭加性质的量子世界和具有确切量测结果的巨观世界之间的界线在哪里;或许等必要时,再划出一条界线即可。既然测量装置(例如侦测器、屏幕、猫)本身也是原子的集合体,其行为也应该与其他量子系统一样。不过因为它非常庞大,当我们的意识心智认知这点之后,便被迫弃用量子的描述。

在人类意识的层次上,订出被量测物与量测者的分界,此举与哲学家所谓的“唯我论”没有两样——观测者是宇宙的中心,一切事物都是他(她)凭空想象出来的。还好,这种观点已在多年前遭到扬弃。不过有趣的是(有时候也挺令人振奋),仍有许多不是物理学家的人主张,因为我们尚未完全了解量子力学本身或者意识的起源,这两者之间必然存在某种意想不到的关联。这种臆测虽然好玩,但在严谨的科学领域中还未能占有一席之地。

那么猫呢?它是否不具意识?它在箱子里难道无法进行“观测”?有一个显而易见的方法可以检验这个观点。如果将猫换成一位自愿受试者,并且将致命的毒药换成只会导致自愿者失去意识的药剂,情况会变得如何呢?(我们其实也可以用这种方式进行猫的实验,是吧?)当箱子打开时会出现什么?显然,我们不会看到自愿者同时处于清醒态与昏迷态;在放他出来之前,我们也无法说服他正处于这两种态的迭加。如果他是清醒的,他会回报在整个过程中除了有点紧张之外,大致上觉得还不错。如果我们发现他已昏迷,在恢复意识后,他可能会告诉我们,在箱子关上后十分钟他就听到装置启动的声音,并且开始感到头昏。接下来就跳到被嗅盐唤醒的画面了。尽管单一原子能够处于量子迭加态,但自愿者显然不行。由于自愿者没什么特点(他的意识本来就具备量测的资格,不管他是否有博士学位或穿着白色实验衣),我们恐怕无法在他与猫之间找出任何其他明显的区别。因此,我们被迫得出以下的结论:在箱子打开之前,我们并没有任何理由将猫描述成既是死的又是活的,除非有其他只有猫才知道的理由。

量子漏失

如果猫根本就不可能处于不同态的迭加,那么微观的量子世界与我们的巨观世界之间的分野,显然会更倾向量子的那一端。让我们更仔细地来探讨一下所谓“量测”是什么意思。

想想埋藏在地底深处岩石里的铀元素所经历的状况。在非常罕见的情况下,这种原子会自发性地分裂成两个较轻的碎片并飞散开来,同时释出大量的能量。这些能量就是核反应堆所产生的热,可转换成电力。这些原子核的碎片大小大约是原本铀原子核的一半,它们生成时紧紧挨在一起,但会往任何方向飞散开来。量子力学告诉我们,在进行量测之前,我们必须假设每个碎片可能往任何方向飞开。如果我们把它们看成是波而不是粒子的话,就很容易理解这点,就像石子落入池塘后激起扩散开来的水波一样。但我们知道,这些核分裂的碎片其实会在岩石里留下细微的轨迹,在有些矿石里甚至用显微镜就能观察出来。事实上,研究这些长度只有千分之几毫米的轨迹,在岩石的放射性定年法中是相当有用的技术。

重点在于:由于这些轨迹是在量子世界中产生的,在进行量测之前,我们必须描述它们出现(如果铀原子核裂变)与未出现(如果未裂变)的状态同时存在。如果铀原子核已裂变,我们的描述就会马上变成这些轨迹出现在所有方向上。但是,构成量测的要素是什么?难道,岩石原本处于化外之境,里面的轨迹同时存在也不存在,直到我们用显微镜观察?当然不是这样,这些岩石里要不是有轨迹,就是没有,无论我们是在今天对岩石进行分析、在年后进行,或是永不进行。

对于量子世界的量测必然时时刻刻地在进行,而具有意识的观察者(无论他们是否穿着实验衣)在量测中显然并未扮演任何角色。正确的定义应该是,当发生的“事件”或“现象”被记录下来时,量测就已经发生。比方说粒子留下一条轨迹,好让我们稍后想做观察时能看到它。

这点似乎显而易见,所以如果你觉得量子物理学家怎么可能蠢到去思考别的可能,也情有可原。但话说回来,量子力学的一些预测确实是合理的;我们需要的是厘清如何记录量子世界的事件,也就是当量子的诡异现象(同时往两个方向移动,或是同时进行与不进行某些事)发生漏失时。

在年代和年代,物理学家们开始领悟其中的道理。他们思索以下的情况:假设一个孤立的量子系统(例如单独的原子)不再怡然自得地以遗世独立的迭加态继续存在,而与巨观的量测装置产生耦合。这些装置甚至可以是周遭环境,例如岩石。依照量子力学的规范,构成量测装置或岩石的数以兆计原子也必须以迭加态存在。然而,这些精细的量子效应太过复杂,在如此巨大的巨观设备中无法维持,于是便漏失了,就像热能从高温物体散逸掉一样。这个过程称之为“退相干”(decoherence),目前各种讨论与研究便是针对这个课题。其中一种理解的方式是,巨观系统内的原子之间各种可能交互作用的组合,会产生为数惊人的迭加态,于是个别的精细迭加态便无可挽回地遗失了。回复原来的迭加态有如将一副扑克牌“逆洗牌”,但困难度又高得多。

现今许多物理学家将退相干当成宇宙中无时无刻、无所不在的真实物理过程。当一个量子系统不再孤立于周遭环境(可以是一台盖格计数器、一块岩石、周围的空气分子乃至于任何物体;不需涉及具有意识的观察者),这个过程便会发生。如果它与外部环境的关联够强,原有的精细迭加态丧失的速度就会非常快。事实上,退相干是整个物理界中最迅速且最有效的过程之一。这种卓越的效率正是退相干的过程之所以能逃过科学家法眼这么久的原因。直到现在,物理学家才开始慢慢知道如何控制与研究它。

即使我们尚未完全了解退相干的过程,但我们至少可以开始厘清这个悖论了。我们之所以不会同时看到薛定谔的猫死了又活着,是因为远在我们打开箱盖之前,退相干就已经在盖格计数器里发生了。盖格计数器能够记录原子是否衰变,所以它迫使原子做出决定。在任何给定的时间间隔里,原子不是产生衰变,使盖格计数器记录到它,引发最后置猫于死地的一系列事件;不然就是未产生衰变,盖格计数器也没记录到任何事件。一旦我们从量子世界的迭加态中探出头来,我们就回不去了,只剩简单的统计概率可用。

年发表的一篇论文里所进行的一项简洁实验中,两位剑桥科学家罗杰·卡本特与安德鲁·安德森证实,量子迭加的崩陷与量子诡异现象的漏失确实发生在盖革计数器的使用上。不过这个实验并未受到

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