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「薛丁格的貓」是量子力學的一個思想實驗,實際可以做實驗,但是無法觀測到「貓死」和「活」的疊加;如果把貓換成其他微觀粒子,科學家是可以製備薛丁格貓態的,也有不少實驗室完成過類似的實驗。
大名鼎鼎的「薛丁格的貓」,已經折騰了科學界80多年,可以說人類對量子力學的理解還遠遠不夠,就連物理學家費恩曼也說到:」我想我可以有把握地說,沒有人真正理解量子力學。」
薛丁格的貓是奧地利物理學家薛丁格,在1935年提出的量子力學思想實驗,實驗內容:一個封閉盒子內有一隻貓,以及少量放射性物質,一段時間後,有50%的概率放射性物質會發生衰變,然後通過巧妙的物理裝置釋放出毒氣殺死這隻貓,同時有50%的概率放射性物質不會衰變,從而貓活了下來。那麼問題在於,我們在沒有打開箱子前,貓是死的還是活的?
第一眼看到這個問題時,很多人肯定會想「提問的人有毛病吧!是死是活打開不就知道了,沒打開前就是一個概率問題。」
如果我們在經典力學中思考這個問題,那麼質疑者完全是正確的,沒打開盒子前貓的死活就是一個概率問題;然而一旦把這個問題放在量子力學中考慮,結果就會變得撲朔迷離。
根據量子力學根本哈根學派的解釋:由於物質衰變是一個量子隨機的過程,所以在沒打開盒子前,整個系統就處於不確定性的波態,貓的死與活是疊加的,需要注意的是,量子力學描述貓的死與活疊加並非一個數學描述,而是要求物理情景就是"貓死"與「貓活」的疊加,一隻不死不活的貓,換做是誰也接受不了。
薛丁格的貓只是量子力學中怪異結論的一個,這個問題直指量子力學和經典力學的邊界性,量子力學在微觀獲得了巨大的成功,但是宏觀世界的解釋還得靠經典力學,那麼兩者的邊界到底在哪裡呢?
"薛丁格的貓"實驗是無法實際完成的,因為我們不可能同時觀測到貓死與貓活兩個狀態,但是在微觀世界當中,確實有科學家製備了「薛定的貓態」,也就是疊加態。
比如在2016年,《科學》雜誌發表一篇文章,稱美國耶魯大學的一名科學家,首次實現了一種雙模式的貓態,實驗者利用兩個微波超導空腔,空腔內有幾十個光子組成駐波,然後通過巧妙的方法,把兩個空腔內的光子實現關聯,這些光子就如一隻「薛丁格的貓」同時存在於兩個箱子當中。
在2019年1月23日,浙江大學和中國科學技術大學的研究人員聯合中美多個研究團隊,首次在人工量子系統中合成了反對稱自旋交換作用,從而實現了「薛丁格貓態」的製備,也就是疊加態的製備,目前量子計算機的技術瓶頸,也就是對疊加態的製備和操控。
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