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夏夜的叶

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第一百五十五章 入潭

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这个诠释的优点:薛定谔方程始终成立,波函数从不坍缩,由此它简化了基本理论。它的问题:设想过于离奇,付出的代价是这些平行的世界全都是同样真实的。这就难怪有人说:“在科学史上,多世界诠释无疑是目前所提出的最大胆、最野心勃勃的理论。”

量子相干性

1996年5月,美国科罗拉多州博尔德的国家标准与技术研究所(NIST)的Monroe等人用单个铍离子做成了“薛定谔的猫”并拍下了快照,发现铍离子在第一个空间位置上处于自旋向上的状态,而同时又在第二个空间位置上处于自旋向下的状态,而这两个状态相距80纳米之遥!(1纳米等于1毫微米)——这在原子尺度上是一个巨大的距离[3] 。想像这个铍离子是个通灵大师,他在纽约与喜马拉雅同时现身,一个他正从摩天楼顶往下跳伞;而另一个他则正爬上雪山之巅!——量子的这种“化身博士”特点,物理学上称“量子相干性”。

相对解释

在实验中,无论是多少概率存活或者死亡,相对于观测者来说,在未观测之前,都存在不确定性,即其存在叠加态。但将参考系建立在实验对象猫身上,其结果已经确定,是客观存在的,并非以外界观测者是否观测而决定其真实的结果。

分析上述后得出思考,猫和外界观测者构成两个相对的参考系,实验开启后,以猫为参考系时,其结果状态为客观真实确定;而以外界观测者为参考系时,猫存在叠加态,这种叠加态不是客观结果,而是从未被观测的状态现象。

为了更直观的理解,将实验过程视作事件,当所选参考系不同时,其不能等同于一个事件。当选取以猫为参考系时,命名为A事件,A事件结束状态即猫参考系的状态;当选取以外界观测者时,命名为B事件,未观测时,B事件尚未结束,其处于叠加态。观测后,B事件结束,叠加态坍缩,呈现其最终状态。

薛定谔方程

埃尔温·薛定谔在20世纪20年代中期创立了现在被称为量子力学分支中的一个方程。后来被称之为薛定谔现六光子薛定谔猫态

方程:▽2ψ(x,y,z)+(8π2m/h2)[E-U(x,y,z)]ψ(x,y,z)=0

量子理论是20世纪科学的重大进展之一,由于量子力学对传统观念所带来的巨大冲击,连“量子”的提出者在内的科学家都想尽各种办法拒绝它,或做出各种调和性的解释[4] 。事实上,薛定谔就被量子力学的结果弄得心神不安,他不喜欢波粒二象性的二元解释以及波的统计解释,试图建立一个只用波来解释的理论。

薛定谔猫态

含义

美国科学家宣布,他们成功让6个铍离子系统实现了自旋方向完全相反的宏观量子叠加态,也就是量子力学理论中的“薛定谔猫”态。

根据量子力学理论,物质在微观尺度上存在两种完全相反状态并存的奇特状况,这被称为有效的相干叠加态。由大量微观粒子组成的宏观世界是否也遵循量子叠加原理?奥地利物理学家薛定谔为此在1935年提出着名的“薛定谔猫”佯谬。

“薛定谔猫”佯谬假设了这样一种情况:将一只猫关在装有少量镭和***的密闭容器里。镭的衰变存在几率,如果镭发生衰变,会触发机关打碎装有***的瓶子,猫就会死;如果镭不发生衰变,猫就存活。根据量子力学理论,由于放射性的镭处于衰变和没有衰变两种状态的叠加,猫就理应处于死猫和活猫的叠加状态。这只既死又活的猫就是所谓的“薛定谔猫”。

显然,既死又活的猫是荒谬的,可这使微观不确定原理变成了宏观不确定原理,客观规律不以人的意志为转移,猫既活又死违背了逻辑思维。薛定谔想要借此阐述的物理问题:宏观世界是否也遵从适用于微观尺度的量子叠加原理。“薛定谔猫”佯谬巧妙地把微观放射源和宏观的猫联系起来,旨在否定宏观世界存在量子叠加态。然而随着量子力学的发展,科学家已先后通过各种方案获得了宏观量子叠加态[5] 。此前,科学家最多使4个离子或5个光子达到“薛定谔猫”态。如何使更多粒子构成的系统达到这种状态并保存更长时间,已成为实验物理学的一大挑战。

实验

美国国家标准和技术研究所的莱布弗里特等人在最新一期《自然》杂志上称,他们已实现拥有粒子较多而且持续时间最长的“薛定谔猫”态。实验中,研究人员将铍离子每隔若干微米“固定”在电磁场阱中,然后用激光使铍离子冷却到接近绝对零度,并分三步操纵这些离子的运动。为了让尽可能多的粒子在尽可能长的时间里实现“薛定谔猫”态,研究人员一方面提高激光的冷却效率,另一方面使电磁场阱尽可能多地吸收离子振动发出的热量。最终,他们使6个铍离子在50微秒内同时顺时针自旋和逆时针自旋,实现了两种相反量子态的等量叠加纠缠,也就是“薛定谔猫”态。

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