薛定谔的猫好扯淡(不可言说还是妙不可言)(1)

(来源:263财富网)

请原谅小编这次,小小的标题党了一把。其实,这个“不可言说”也许是说不清楚吧。写到最后,小编愈发稀里糊涂,有不准确的地方,希望大家多多批评指正。

薛定谔的猫好扯淡(不可言说还是妙不可言)(2)

还是,那只猫的故事

设想在一个封闭的匣子里,有一只活猫及一瓶毒药。毒药瓶上有一个锤子,锤子由一个电子开关控制,电子开关由放射性原子控制。衰变发生,药瓶被打破,猫就会被毒死。

按照常识,猫可能死了也可能还活着,更确切的说,猫是处于一种或死或活两种本征态的叠加态。只不过毒药衰变的几率是随机的,科学家无法计算出它什么时候衰变。

所以,只有打开匣子,我们才知道猫到底是死了还是活着。但是打开匣子观测这个行为意味着实验结果是:猫或死或活的叠加态坍缩,到了或者死、或者活的一方,也就是其中一种本征态。

薛定谔的猫好扯淡(不可言说还是妙不可言)(3)

(来源:羊城晚报)

上面内容介绍的是“薛定谔的猫”的内容。这个本来是奥地利物理学家薛定谔于1935年提出来嘲笑关于量子研究的思想实验,却阴差阳错地把微观领域的量子行为扩展到宏观世界推演,巧妙地从宏观尺度阐述微观尺度的量子叠加原理的问题。

“薛定谔的猫”只存在于科学家的大脑之中,有没有被实验验证了呢?

事实上,在1996年5月,美国科罗拉多州博尔德的国家标准与技术研究所(NIST)的Monroe等人用单个铍离子做成了“薛定谔的猫”并拍下了快照,发现铍离子在第一个空间位置上处于自旋向上的状态,而同时又在第二个空间位置上处于自旋向下的状态,而这两个状态相距80nm之遥!

80nm——这在原子尺度上是一个巨大的距离了。打个比方,在量子领域内,这个铍离子就像一位通灵大师,他分身有术,能在巴黎埃尔菲铁塔上看星星,同时在喜马拉雅之巅感受风之凛冽;能在墨西哥餐厅吃牛排,同时在中国江南小镇游山玩水!

薛定谔的猫好扯淡(不可言说还是妙不可言)(4)

(来源:图虫网)

除去“薛定谔的猫”,量子理论领域还有另外一个重要的实验。并且和前者既有几分相似,却又有不少区别,这个实验就是——双缝干涉实验。所以,这两个实验到底有什么不同?又有什么内在的关系呢

此刻,开始光的故事

在我们的高中课本上学到过,双缝干涉实验的大概现象是:一束光在通过间距很小的两个缝隙时候,投射在平面,会因为光的波动性导致投射出来的影像成明暗交替状。

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(来源:简书)

双缝干涉条纹产生的原因是:光的波动性。两缝透出的光波相互干涉(波峰波谷相互重叠或消减),导致投射在平面的光斑出现干涉条纹。

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(来源:我为祖国献石油的博客)

以上的传统实验,发射出的光束包含了大量光子。所以可以认为是不同的光子之间发生了干涉。但实验人员对实验条件做出了一个小小的改变:每次只发射出一个光子,光子每次只会从其中一个缝内通过。猜想一下:是否还会产生干涉条纹呢?

没猜错的话,你会觉得在投影面只会形成两个均匀的光斑,而且因为每次只有一个光子通过,该光子无法与其他光子发生干涉,所以不可能会产生干涉条纹。

但是,实际的实验结果十分出乎意料——投影板上依旧产生了干涉条纹!也就是说:每个光子似乎同时通过了两个缝隙,自己与自己产生了干涉!

薛定谔的猫好扯淡(不可言说还是妙不可言)(7)

(来源:简书)

更为奇怪的事情在后面:如果用仪器测量光子到底通过了哪个狭缝,干涉条纹就会就会消失。引用一位网友的话说:此时,光子似乎能够知道自己被测量,一旦被测量则它只会从一个缝中通过,没有干涉发生,也就没有了明暗交替的光斑。

剪不断,理还乱

再回顾“薛定谔的猫”的实验,对比可以看出:如果没有打开盒子(没有测量),则猫处于一种既死又活的叠加态(光子同时经过双缝,与自身产生干涉)。一旦打开盒子进项观察(进行测量),则猫既死又活的叠加态就会塌缩到要么死、要么活的本征态(光子只会经过一个缝,干涉条纹消失)。

两个实验,一个存在于思想之中,一个是实际实践所得,但是却有着不可言说的关系。也许到目前为止,量子的世界仍旧神秘莫测,无论是哥本哈根解释,还是平行世界理论,都没有被完全证实。

在这里,笔者相信:这份神秘,终将不会被永远保持下去的。

薛定谔的猫好扯淡(不可言说还是妙不可言)(8)

(来源:罗福林999的博客)

参考文献:

[1]百度百科:薛定谔的猫[EB/OL].https://baike.baidu薛定谔的猫好扯淡(不可言说还是妙不可言)(9).com/item/薛定谔的猫/554903?fr=aladdin.

[2]13号大王. 杨氏双缝干涉实验与薛定谔的猫[EB/OL].https://薛定谔的猫好扯淡(不可言说还是妙不可言)(10)www.zhihu薛定谔的猫好扯淡(不可言说还是妙不可言)(11).com/question/290859720/answer/472724572.2016-11-22.

[3]百度百科:双缝实验[EB/OL].https://baike.baidu薛定谔的猫好扯淡(不可言说还是妙不可言)(12).com/item/双缝实验/5648320?fr=aladdin.

[4]保护伞突然有一天.双缝干涉实验的量子世界,这个世界我们已经无法理解![EB/OL].https://baijiahao.baidu薛定谔的猫好扯淡(不可言说还是妙不可言)(13).com/s?id=162153625603877752-7&wfr=spider&for=pc.2019-01-02.

来源:中科院半导体所

编辑:Quanta Yuan

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