力学学报

量子力学到底有多“暧昧”?连笃信量子力学的

笔者:扶苏

佛语云:一花一世界,一叶一菩提。将微观的事物不断放大,甚至将其上升到精神层面,我们将会得到不亚于宇宙的宏大视野,这一切都取决于人们观察问题角度。

除了佛教思想之外,一些哲学问题都会涉及到相关方面,而科学家有时也会在探索过程中将这种哲理与实验联系起来,很难想象,薛定谔的猫也拥有这样的思路。

著名实验薛定谔的猫存在叠加态,引起科学家争论

作为一个著名的思想实验,薛定谔的猫其实是建立在微观基础上的,不过科学家将其放大到了宏观世界。实际上,对一只无辜的小猫进行量子实验并不现实,尤其是薛定谔提出在不透明的箱子中存放有毒气体,试图研究小猫是否会主动触动开关,因此他认为思想实验是最合理的方式。

一般人可能认为,箱子中的小猫存在非生即死的状态,这是最明显的结果,不过作为物理学四大神兽之一,薛定谔的猫还拥有生死叠加的可能性。

微观世界中,以量子为基础的很多物质其实都存在叠加态,比如光也可以分为粒子和波,这些在宏观世界中是完全不可能成立的。然而量子力学就是如此暧昧,就连薛定谔本人都曾经表示怀疑。

最开始,包括薛定谔在内的科学家并不认为量子力学是一个完美的理论,不过当时我们对此的了解并不是十分深入,所以持有这样的态度其实是完全可以理解的。

哥本哈根诠释和多世界诠释,支持者还在互相辩论

截止到目前,学术界对薛定谔的量子力学理论仍然存在两种不同的观点,即便它们已经成为主流,也没能阻止科学家不断进行争论。

一种观点被称为哥本哈根诠释,其中主要将薛定谔的猫的生死与打开箱子这个动作联系在一起,用复杂的波函数来进行解释的同时,将决定猫的生死问题归结到了外部原因。

之所以这么认为,是因为在理论研究中,打开箱子的动作导致波函数坍塌,实验结果也随之改变,这完全颠覆了人们的认知。

另一种观点是多世界诠释,它认为存在无数个平行宇宙,虽然不用再考虑复杂的波函数,但是并不完全具备解释薛定谔的猫的实验的条件,因此持有不同观点的科学家仍然争论不休。

量子自杀实验,更好地解释量子的叠加状态

此外,多世界理论引起人们广泛关注的原因之一,就是量子自杀实验,这其实能够从另一个角度帮助人们解释量子的叠加状态,只不过将实验对象换成了人类。

该实验的思路是,如果将一个人单独放在房间里,他死亡的概率是百分之五十,也就是同处于生死叠加状态。而实际在实验开始时,平行宇宙就开始发挥作用,我们目前无法解释它以何种状态存在,不过在不同的宇宙中,实验者只能存在一种状态,二者截然相反。

量子力学中充满了矛盾,却不影响它成为目前世界上最重要的理论之一,如今人类借助于发达的科学技术,有望进一步寻找有力的线索,从而为研究量子力学和相关理论提供更多支持。

也就是说,即便量子力学仍然“暧昧”,但是人类终究有守得云开见月明的一天,这也是我们不断探索的意义。

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