你還相信世界是真實的嗎？ 證明思想改變現實的量子芝諾效應

3量子芝諾效應又稱為圖靈悖論（Turing paradox）。量子芝諾效應即是對一個不穩定量子系統頻繁的測量可以凍結該系統的初始狀態或者阻止系統的演化。如果測量時間間隔足夠短，可以把測量看作是連續的測量，正是由於這樣的測量所引起的波函數坍縮阻止了量子態之間的躍遷。

人們對量子芝諾效應的研究大多數只是考慮初始態為純態的情形。純態不穩定系統的量子芝諾效應的存在性已經被證實。此外，一些研究者已提出系統的初始狀態對量子芝諾效應的發生有一定的影響。至2014年為止，有關初始態為混合態的量子芝諾效應罕見報導。

量子芝諾效應描述：

不穩定的量子系統在短時間內的表現有可能會不同於指數衰減。這種現象就會使得在非指數衰減期間的高頻率觀測將可以抑制系統的衰減，也就是量子芝諾效應。另外，也有研究指出，過高頻率的觀測也可以導致系統衰減的加速。

量子力學中，所謂的「觀測」將產生經典力學的物理量。高頻率的觀測會減緩系統的躍遷。這種躍遷可以是指粒子從一個半空間到另一個，也可以是波導中光子從一種橫向模態（英語：Transverse mode）到另外一種，或者是原子中系統從一個量子態轉化到另外一個。

這種躍遷也可以是量子計算機中，系統從一個沒有量子比特退相干損失的子空間，變成有一個量子比特損失的過程。這種情況下，通過判斷退相干過程是否發生就可以進行對量子比特的糾錯。

著名科幻電視劇《神秘博士》中描述了「哭泣天使」，人們只要看著這種像雕塑一樣的外星生物，它們就無法移動。在量子世界，「心急水不開」(「A watched pot never boils」)這句諺語常被引用，看來這也許是真的。

《神秘博士》第3季中提到的外星生物哭泣天使(The Weeping Angels)古希臘的哲學家芝諾（Zeno）有一個悖論：一支在空中飛行的箭，其實是不動的。為什麼呢？因為在每個時刻，這支箭都有一個確定的位置，是不動的，所以一支飛行的箭等於千千萬萬個「不動」的組合。早在20世紀70年代，一些理論物理學家就提出了在量子領域實現芝諾悖論的設想：對一個量子系統進行觀測，會導致系統波函數的坍塌，如果對一個量子系統進行持續觀察，那麼這個量子系統就可能無法演化，停滯在一個狀態，陷入到「飛矢不動」的狀態。雖然過去人們已經使用其他亞原子系統，比如「自旋」狀態，證明了「芝諾效應」，但康奈爾大學的物理學家10月2日在《物理評論快報》上發表的實驗，首次證明原子真實的空間位置可以通過觀察而被鎖定。這個實驗的成功為人們操控亞原子水平量子系統提供了新的方法，人們也有可能據此技術製造出新型高靈敏傳感器。

康奈爾大學的物理學家在真空室裡冷卻約10億個銣原子，並利用雷射束將這些原子暫停下來。在這種狀態下銣原子會像它們在晶體物質中一樣有序地排列起來。但即便在這樣的低溫下，這些原子依舊能在晶格中到處挖隧道。

原來，根據海森堡不確定性原理，一個粒子位置和速度是一對相互作用量，不能同時精確決定。而熱力學理論也指出，一切分子，原子等粒子都處在不停的無規則運動中，分子或原子的熱運動與物體的溫度有關，溫度越低，運動速度越慢，直到絕對零度下所有熱運動停止。但絕對零度我們永遠無法達到，「波色愛因斯坦凝聚」狀態是目前能夠達到的最低溫度，只比絕對溫度高0.000000001K，這時原子運動速度已經接近於零。那麼位置的不確定性變得很大，所以束縛在光晶格中原子很容易從一個晶格「穿越」到另一個晶格，這種 「隧道」效應，使原子可以在格子中隨意運動。

研究人員們強調說他們只能通過觀察來抑制量子隧道貫穿，也就是所謂的「量子芝諾效應」。

研究人員們通過原子單獨的雷射成像來觀察它們。一個光學顯微鏡看不到單個的原子，但雷射成像能讓原子發出螢光，顯微鏡能夠捕捉這種光束。當雷射成像結束或者將光調暗，原子就能自由地隧穿。但隨著雷射束越來越亮、測量越來越頻繁，原子隧穿開始急劇減少。

這個技術使人們可以精密控制原子與光晶格系統，整個系統對外界幹擾非常靈敏，所以也可以據此開發非常靈敏的傳感器，比如可以用這個傳感器測量重力的細微變化。而地球表面重力的細微變化又可以用來定位地下礦藏。這個發現也將對實現量子計算機產生巨大的影響。

薛丁格的貓是量子力學著名思想實驗，藉以說明量子疊加態的幽靈存在：一隻貓被關在盒子裡，裡面還有一套精巧的裝置連著一個原子，如果原子衰變，則裝置啟動，打碎一個裝著毒氣的瓶子，貓就會死去；而原子不衰變的話，貓就會一直活著。問題是原子的衰變是隨機的，在打開盒子之前，我們永遠不會知道貓是死是活，所以我們就說貓處於一種既死又活的疊加態中，這就把微觀的量子屬性轉移到宏觀物體上來了。

現在你是一個愛貓人士，你想拯救這只可憐的貓，保證它不會死去，你該怎麼辦？換句話說，我們要阻止這顆不知道會在什麼時候衰變的原子衰變，要怎麼樣才能做到？

怎麼看好像都沒有辦法，因為衰變是隨機發生的。但量子芝諾效應卻讓我們可以把原子凍結在它的初始狀態，讓這只可憐的貓戰戰兢兢地活著。這個效應說，如果我們持續觀測一個不穩定的粒子，它的衰變時鐘就會不斷重置，它的波函數就不會坍縮，它也就不會衰變了，我們可以用高頻率的觀測來把它凍結在初始狀態。只要我們一直不間斷地窺視這隻貓，它就不會被毒氣殺死！真是一個奇談怪論。

但還有更奇怪的。在實驗室觀察到真實原子的量子芝諾效應後，科學家又發現了反芝諾效應，頻繁測量也可能會導致衰變加速，更快地殺死貓。究竟是什麼原因導致了這樣的結果呢？

原子衰變的速率取決於給定能量下可能的能量狀態或者說電磁模式的密度，為了使原子衰變，必須把光子發射到這些模式之一。更多的模式意味著更多的衰變方式，導致更快的衰變。而對原子的測量幹擾了能量水平，在適當的能量水平上測量，電磁模式減少，衰變變慢，導致芝諾效應；或者電磁模式增加，導致反芝諾效應。也就是說，這一解釋的真正意義是，是幹擾而不是波函數坍縮導致了量子芝諾效應。

測量的目的是獲取貓是死是活的信息，但系統與環境是緊密相連的，測量行為必然會影響到量子系統。美國聖路易斯華盛頓大學凱特·默奇領導的一個研究小組一直在使用一種被稱為「量子位」的人造原子來研究這個問題，他們設計了一個實驗，以確定信息和幹擾在芝諾效應中的作用。實驗中研究人員以特定能量為中心的光子熱浴來降低或增加人造原子可用電磁狀態的密度，然後使用標準測量法每微秒檢查一次原子的狀態。

實驗表明，當光子熱浴以與原子躍遷能量相同的能量為中心時，測量的幹擾減少了躍遷能量處的平均電磁模式數量，減慢了衰減；當光子熱浴以與原子躍遷能量不同的能量為中心時，測量增加了原子可用的電磁模式數量，加速了衰減。

但如果系統只受到幹擾，卻沒有把信息傳遞給外部世界，比如說我們僅僅搖動了盒子，並不把盒子打開去看這隻貓是死是活，又會發生些什麼呢？研究人員又設計了一種新的測量相互作用的方式，可以幹擾原子，但卻對它的狀態一無所知，他們稱之為「準測量」。結果表明，這樣的測量同樣導致了量子芝諾效應。科學家們認為，這種新的認識可能會產生新的控制量子系統的方法。同時他們也認識到，相對論的質量變化是磁感應的結果，引力也是基於電磁力的，從而可以得到一個所有四種相互作用的統一相對論量子理論。

前段時間，有報導稱，中國科學家利用量子芝諾效應，不藉助任何介質，成功地將一張單色位圖從甲地傳到了乙地，完成了首次的反事實通訊。怎麼容易地理解「量子芝諾效應」呢？簡單地說，就是如果一個系統被連續地觀測，那麼被觀測的電子將是不變，不衰減的。也就是說，你的觀測能使一個電子停下來，使一個原本跳來跳去的電子不再跳動，仿佛電子知道你在看它一樣，如果你一直地看，它就一直不動。另外，還有個「量子反芝諾效應」：如果你的觀測時間間隔大於特定時間（稱芝諾時間），那麼該系統將衰減的更快。就像戀人談戀愛，如果甜言蜜語的愛意時時表達，那麼愛就會維繫，如果表達愛意的時間間隔過大，愛的衰減也就加快了。電子就像受到了人的觀測行為影響一樣，變得被人控制了。

不單單是「量子芝諾效應」顯示著微觀世界受到人的觀測影響，「量子雙縫實驗」同樣顯示，人的意識介入對微觀世界的運動產生了影響。當人去觀察發射的光子時，光子成了單個的粒子通過兩條縫中的一條縫，而如果不觀察，則一個光子能同時通過兩條縫然後自己跟自己幹涉。在微觀世界裡，不斷有實驗顯示，人類的意識在影響著物質世界的走向。如果這是一個事實，那麼我們可不可以說，世上的每個人的意識每時每刻都在影響著這個世界？也就說，每個人的所思所想，都能作用於這個物質世界，產生或好或壞的影響？儘管不知影響會以怎樣的方式表現，但我相信，就像哲人所說的那樣：你對這個世界是怎想的，這個世界就是怎樣！......如果你的思想是正面的，你所處的世界就會為你呈現美好的一面，如果你的思想是負面的，世界就會像你的思想一樣變得墮落不堪！你的思想和世界互相影響，彼此強化，如果沒法跳出負面思想的漩渦，人就會被自己創造出的物質世界吞噬，永無出頭之日了。打破困境的唯一辦法，就是要先改變思想，無論如何，是錯誤的思想造就了這樣的局面，思想決定著物質世界的樣子，思想改變了，物質世界才可能改變。

並且，既然人也屬於世界的部分，那麼是不是每個人的思想也像作用於物質世界一樣能作用於別人身上，互相彼此影響著？雖然沒有行動，也沒有用語言告知，但我的想法已經作用到他人身上了！可見，人與人之間的關係，同樣與每個人的思想密不可分，有怎樣的思想，就有怎樣的人際關係，就會有怎樣的處事結果。一個人事業上的成功與否，完全取決於他有怎樣的一個世界觀、人生觀，有怎樣的思想，好壞成敗，完全系乎一心！