当前位置: 环球解密 > 科学探索 > 新版薛定谔猫或证明量子理论自相矛盾

新版薛定谔猫或证明量子理论自相矛盾

2018年9月30日9:21 环球解密

    把一只猫、一个装有氰化氢气体的玻璃烧瓶和放射性物质放进封闭的盒子里。当盒子内的监控器侦测到衰变粒子时,就会打破烧瓶,杀死这只猫。根据量子力学的哥本哈根诠释,在实验进行一段时间后,猫会处于又活又死的叠加态。(维基百科)

    “薛定谔的猫”(Schrödinger’s cat)可能是世界上最著名的思想实验,也是量子理论的重要基础。如今两位物理学家设计了一个“多猫”版本的实验,其结果让所有物理学家大惑不解,并引发了激烈的争论。

    据《自然》杂志报道,最近的这个“多猫”版实验构想发现,如果量子力学的通用论述是正确的,那最新版实验就会得到两种完全相反的结论。这说明,量子理论是自相矛盾的。

    新实验的设计者、瑞士联邦理工学院(ETH)的Daniela Frauchiger和Renato Renner于2016年4月首次发布他们的设计。之后至今两年里,该理论让物理界炸开了锅。最终版论文9月中旬发表在《自然·通讯》上。

    奇异的量子世界

    量子物理学目前为止能解释几乎所有的近代物理现象,但是其不能得到确定结果的特性仍让研究者们入迷地寻找答案。量子学物体,比如电子,其位置处于不断运动中,可以用数学的波函数来表达,就像海上的波浪。但当其位置被测量的时候,其位置就是一个确定的值。

    上世纪20年代量子物理学先驱Niels Bohr和Werner Heisenberg对此做了一种可通用的解释,人们把他们的理论以Bohr居住过的城市命名为哥本哈根诠释(Copenhagen interpretation)。该理论说,观测量子系统的行为使得波函数从一个弥散状态“坍塌”为一个数据值。

    然而,最新的这个实验构想挑战了包括哥本哈根诠释在内的多个量子学理论。

    薛定谔实验的几个版本

    ·1935年:盒子里关着一只猫,和一个与随机性事件,比如由核衰变触发释毒的机关相连。在这种情况下,猫的生死只有在打开盒子查看后才是确定的,而在此之前猫处于生与死的叠加状态。

    ·1967年:匈牙利物理学家维格纳(Eugene Wigner)提议,把猫和毒气机关换成一位物理学家(维格纳的朋友)和一个测量仪,测量仪能返回某种随机事件的结果,比如一枚硬币哪面朝上的结果。问题是,当那位朋友知道了硬币哪面朝上的结果时,波函数是否坍塌?一个学派认为是这样的,认为意识在量子领域之外。但如果把量子学应用到物理学家身上,那在维格纳打开盒子之前,这位朋友以及硬币应该处于两种结果的叠加状态。

    ·2016年:Frauchiger和Renner的实验更为复杂。他们设想有两位维格纳一起做实验,把两位朋友Alice和Bob分别关在两个盒子里。Alice投掷一枚硬币,并把其结果通过量子信息的方式传递给Bob。Bob也用量子原理侦测Alice传来的信息,并猜测硬币哪面朝上。当两位维格纳打开盒子时,在某些情况下,他们两得出的哪面朝上的结论是一样;而在某些情况下,两位维格纳得出的结果是不一样的。

    对最新版实验的不同解释

    这个实验公布后,量子学基础理论领域的很多专家反响热烈。很多人都在捍卫自己的理论。“有的争辩甚至很情绪化,”Renner说,“多数人说这个实验证明他们的诠释是唯一正确的。”

    位于加利福尼的查普曼大学(Chapman University)的理论物理学家Matthew Leifer认为,得到不一致的结果不是大问题。他说量子学的一些理论本来就允许不同的观察角度,有着不同的结果。他觉得这样的解释比认为量子学不适用于人体这样的说法要“好受”的多。

    至今,物理学家们对这个最新实验意味着什么,如何解释,仍无统一的答案。Leifer说:“我认为我们还没找到合理的解释。”

    (必须)

    (必须,保密)

    阿狸1 阿狸2 阿狸3 阿狸4 阿狸5 阿狸6 阿狸7 阿狸8 阿狸9 阿狸10 阿狸11 阿狸12 阿狸13 阿狸14 阿狸15 阿狸16 阿狸17 阿狸18

    真诚欢迎各科普媒体、机构、专家和网友与我们联系合作! QQ 404-455-307

    版权所有,保留一切权利! ©2011-2016 Designed by 环球解密 豫ICP备18040785号-1

    sitemap