這個實驗將告訴我們:人類能不能處于量子疊加態

“我算什么?”

你是一種犧牲,

“人為什么能和平相處?”

因為波函式會坍縮,

“是什么在折磨我?”

是不可抗拒的命運,

“人為什么不能放棄希望?”

因為波函式可以發散,

“你是誰?”

我是壽奈,

——小林泰三《醉步男》

量子力學主宰微觀世界,

眾所周知,電子可以以概率波的形式同時存在于不同的地方,在我們嘗試觀察——個電子的位置之前,不會坍縮成確定的結果,

宏觀物體雖然在理論上有波函式,但似乎宏觀物體的波函式總是處于一種“凝聚”狀態,即它們是確定的“固體”物體。因為我們從來沒有觀察過宏觀物體所展現出來的量子性質,所以量子力學的一些先驅們懷疑宏觀世界和微觀世界之間是有邊界的:兩個世界遵循不同的規則,

但著名的薛定諤意識到,原本局限于原子領域的模糊性,可以通過巧妙的機制,變成宏觀的模糊性,他提出了一個意識形態實驗:薛定諤的貓,

把一只貓關在一個封閉的鐵容器里面,并且裝置以下儀器(注意必須確保這儀器不被容器中的貓直接干擾):在一臺蓋革計數器內置入極少量放射性物質,在一小時內,這個放射性物質至少有一個原子衰變的概率為50%,它沒有任何原子衰變的概率也同樣為50%;假若衰變事件發生了,則蓋革計數管會放電,通過繼電器啟動一個榔頭,榔頭會打破裝有氰化氫的燒瓶,經過一小時以后,假若沒有發生衰變事件,則貓仍舊存活;否則發生衰變,這套機構被觸發,氰化氫揮發,導致貓隨即死亡,用以描述整個事件的波函式竟然表達出了活貓與死貓各半糾合在一起的狀態。

貓是死是活,迫使物理學家思考。宏觀世界一定要服從量子不確定性嗎?如果是,為什么我們從來沒有觀察過?

在本周發表在《光學》雜志上的一篇論文中,一些學者設計了一個似乎是可以一勞永逸地回答這一棘手的問題,的實驗

如果有一種機制可以消除大物體量子疊加的可能性,那就需要以某種方式“干涉”波函式——的并產生熱量

也就是說,你面前的桌子,在沒人用的時候,并沒有變成波函式,彌漫到空間里,因為總有某種機制讓它一直塌下去。因此,它應該在不能歸類為常規解釋的空間中產生額外的熱量。

如果檢測到這種額外的熱量,就意味著宏觀物體真的不能處于量子疊加態,如果排除了額外熱量的可能性,那么自然可能不會介意任何大小的物體的量子化,

如果是后者,借助先進的技術,我們可以把大的物體,甚至是有意識的物體,放入量子態。

物理學家不知道阻止宏觀事物量子疊加的機制是什么,有人說這是一個未知領域。還有人懷疑和重力有關,

今年諾貝爾物理學獎得主羅杰彭羅斯認為,這可能是生物意識的結果。

在過去的10年里,物理學家們一直在急切地尋找痕跡——來表明波函式受到了干擾。

為了找到答案,我們需要一個可以抑制(盡可能完美地)所有其他熱量的來源,這相當于噪音。

我們還必須抑制一種被稱為量子“反應”的效應,在這種效應中,觀察行為本身會產生熱量。

和以前的實驗一樣,需要一個超級冷凍機來產生僅比絕對零度高0.01開爾文的低溫。與此同時,昆士蘭大學部部門的團隊使用頻率比一般實驗高得多的諧振器來消除冰柜本身產生的熱量,

由于極低的溫度和極高的頻率相結合,諧振器中的振動經歷了一個稱為玻色凝聚的過程,

你可以想象——空間是靜止的,冰柜里的熱量甚至不能傳遞,而是聚集的,

研究人員還將使用不同的策略——來考慮諧振器的能量,而不是振動,該方法能強烈抑制反應產生的熱量,

然后,一個單一的光粒子被注入諧振器,并來回反彈數百萬次,以吸收多余的能量。它們最終會從諧振器中帶走多余的能量。

通過測量回收的光粒子的能量,我們可以確定諧振器中是否還有熱量,

如果有熱,說明未知源干擾波函式,意味著疊加態不能在宏觀物體中反映出來。

這個實驗很有挑戰性,可能需要幾年的發展,幾百萬美元,需要很多技術嫻熟的實驗物理學家,

但是它可以回答一個關于我們現實的最迷人的問題:一切都是量子的嗎?所以,我們當然認為值得付出,

https://www . science alert.com/can-schroedinger-s-cat-exist-in-real-life

11 条回复 A文章作者 M管理員
  1. 陽間量子確定態。陰間量子態。

  2. 宏觀物質處于相互觀測模式,因此不可能疊加

  3. 我不是量子物理專業的,但是我覺得宏觀物體之所以沒表現出量子性,只是因為抵消了,因為粒子數量過于龐大,而且各向同性,所以整體的和為零罷了,其實量子和宏觀并不矛盾,宏觀就是眾多量子特性的疊加而已,請懂行的說說

  4. 一大堆失業物理學家:對,幾百萬很便宜啦

  5. 醉步男里主人公通過破壞腦部結構使自己在無意識條件下喪失觀察者身份,進入波函式坍塌的另一種可能性。挺有意思的科幻小說。
    給我留下的印象很深刻,看到簡介那一句就能想起來。

  6. 我覺得這是個坑,數百萬美元之后是數十萬美元,然后說到了最后關鍵節點,需要1千萬就行。。。

  7. 多么希望球閃的宏原子是真的

  8. 冷凍的思路像是拉拉的真空跳躍用制冷來實現量子化的思路

  9. 想起了Outer Wilds里面的量子行星

  10. 如果按照羅杰彭羅斯所說,阻止宏觀物體量子態是生物意識,那么我們的世界99%可能性只是一個虛擬世界。