上世纪30年代,物理学界出现了一只神奇的猫,它的生死处于一种叠加状态——既活又死。
前面我们讲到了《量子计算机的可行性》,而量子计算机离不开量子这一前沿的科学理念。量子:一个物理量如果存在最小的不可分割的基本单位,则这个物理量是量子化的,并把最小单位称为量子。
从微观到宏观的实验
薛定谔的猫(英文名称:Schr?dinger’sCat)是奥地利著名物理学家薛定谔(ErwinSchr?dinger,年8月12日~年1月4日)提出的一个思想实验,是指将一只猫关在装有少量镭和氰化物的密闭容器里,镭的衰变存在几率,如果镭发生衰变,会触发机关打碎装有氰化物的瓶子,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”。但是,不可能存在既死又活的猫,则必须在打开容器后才知道结果。该实验试图从宏观尺度阐述微观尺度的量子叠加原理的问题,巧妙地把微观物质在观测后是粒子还是波的存在形式和宏观的猫联系起来,以此求证观测介入时量子的存在形式。
▲薛定谔的猫
薛定谔的猫实验由来
关于量子力学中比较出名的学术争论,第一派就是以爱因斯坦、薛定谔为首的大咖级别人物;另一派就是以波尔、波恩和海森堡等人牵头的另一批大咖级别人物,我们先来了解一下这两派人物对量子力学观点上的差别:爱因斯坦学派认为,微观粒子在任何时刻都有一个固定的位置和速度,微观粒子和我们宏观物体本质上没有什么差别,我们之所以无法同时精确测量微观粒子的位置和速度,是因为我们的量子力学理论还不够完善,这个理论还无法完全揭示量子世界的物理规律,所以这个不确定性其实是因为人类对物理规律掌握程度的不够造成。
哥本哈根学派认为,有质量的物体的确无法超光速,关于这一点两派之间无矛盾,但是一个无质量的信息传递可以瞬间完成,也就是说可以超光速完成,进一步说一个事物可以瞬间完成对另一个事物的因果关系,所以这个世界本质来说是:非定域的。
围绕爱因斯坦与玻尔的量子论战,出现的一系列思想实验,无非是科学家们哲学立场的针锋相对,世界到底应该由什么来支配?是决定论,还是概率论?
薛定谔的本意是借这个思想实验,将量子态的不确定概念引入到宏观世界,让人们直观体验一下“概率”描述的不靠谱。
“薛定谔的猫”实质可以看成是一个科学家的赌气或玩笑,但它却开启了科学家们把微观世界的量子特性引入宏观世界来的实验探索。也许正是这些有趣的对抗,才使得我们不断的探寻真理,距离真理越来越近吧。
▲由于两个叠加和纠缠的量子力学状态导致的宇宙分离
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