物理學家運用全新理論論證「薛丁格的貓」悖論

2021-01-09 生物學謝博士

薛丁格的貓(英文名稱:Erwin Schrdinger's Cat)是奧地利著名物理學家薛丁格(Erwin Schrdinger, 1887年8月12日——1961年1月4日)提出的一個思想實驗,是指將一隻貓關在裝有少量鐳和氰化物的密閉容器裡。鐳的衰變存在機率,如果鐳發生衰變,會觸發機關打碎裝有氰化物的瓶子,貓就會死;如果鐳不發生衰變,貓就存活。

根據量子力學理論,由於放射性的鐳處於衰變和沒有衰變兩種狀態的疊加,貓就理應處於死貓和活貓的疊加狀態。這隻既死又活的貓就是所謂的「薛丁格貓」。但是,不可能存在既死又活的貓,則必須在打開容器後才知道結果。

物理學家阿特·霍布森(Art Hobson)在標準量子物理學的框架內,為有關量子測量本質的長期爭論提供了解決方案。

霍布森(Hobson)在8月8日由美國物理學會(American Physical Society)的《物理評論》(Physical Review A)發表的一篇文章中指出,被稱為「 非局部性 」 的現象是理解「薛丁格的貓」所說明的測量問題的關鍵。

1935年,諾貝爾獎獲得者歐文·薛丁格(Erwin Schrodinger)以一個密閉盒子中的貓為例,闡明了量子物理學的中心悖論:電子,光子或原子等微觀粒子可以同時以兩種量子態存在。這些狀態稱為「疊加」。

霍布森說:「量子物理學中的測量意味著使用某種大規模的宏觀裝置,例如蓋革計數器,來學習有關微觀系統的量子態的知識,例如原子或單個光子。」 「量子理論似乎暗示,如果將顯微鏡系統連接至能夠區分顯微鏡系統的兩種不同狀態的大型測量設備,那麼蓋革計數器也將被「糾纏」為兩個同時存在的狀態的疊加狀態。但是,這是我們從未觀察到的並且是不可接受的。

霍布森使用薛丁格的插圖說,這隻貓扮演蓋革計數器的角色,該計數器連接到放射性核,以確定核的衰變或未衰變狀態。「活貓」將是未衰變核的宏觀信號,而「死貓」將是衰變核的宏觀信號。他說,量子理論似乎說貓應該糾纏在一起,既死又活。

相反,霍布森在他的文章中寫道,貓的量子狀態與原子的狀態「糾纏」,這暗示著兩者之間存在重要的「非局部關係」或瞬時的遠距離作用。根據非局部性,如果任何兩個糾纏的對象以相反的方向發送,並且其中一個對象的狀態發生更改,則第二個對象的響應狀態會立即更改,無論兩個對象有多遠。霍布森引用了直接的實驗證據來支持他的分析,這些證據來自1990年進行的涉及對糾纏光子對的非局部觀測的實驗。

霍布森說:「奇怪的是,這種動作是立即發生的,沒有時間讓光,電磁信號或無線電信號在兩者之間進行通信。」 「這是一個單一的對象,表現為一個對象,但它位於兩個不同的位置。它們之間的距離無關緊要。

他說,解決測量問題必須考慮到這種現象。這意味著對於薛定inger的貓,不再預測它既死又活。相反,如果原子核衰變,它就死了;如果原子核不衰變,它就活著,就像人們期望的那樣。

根據霍布森的說法,自1978年以來,之前發表的三份分析都提出了類似的測量問題解決方案,但當時早期的解決方案鮮為人知,並且辯論仍在繼續,「導致對量子物理學的含糊不清甚至是偽科學的論斷。 「 他說。

霍布森說:「重要的是要弄清量子物理學的基礎。」 「這個理論已經有一個多世紀的歷史了,這些想法已經存在,但是還沒有引起人們的注意或沒有足夠重視。我希望,這種測量問題的解決方案現在將被量子基礎界所接受。 」

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  • 名詞 薛丁格的貓
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    科技日報訊 (記者常麗君)最近,奧地利物理學家設計出一種新奇方法,無需光與拍攝目標相互作用,利用量子效應也能拍出照片。這聽起來似乎顛覆了傳統物理的成像原理,他們用一個鏤空的貓圖案進行了實驗,雖不是一張同時「要死要活」的貓照片,卻是粒子能同時處於兩種狀態的證明。相關論文發表在8月28日的《自然》雜誌上。
  • 薛丁格的貓——既死又活的貓
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