1935年,埃爾溫·薛定諤終于忍不下去了。
這位來自維也納的物理學家,十年前剛用"波動方程"改寫了量子力學的版圖——那個方程描述了量子粒子如何像波一樣行為。但此后他眼睜睜看著一些研究者用他的理論炮制出一種在他看來荒誕不經的詮釋:原子或亞原子粒子這樣的量子客體,在被觀測之前似乎并不具有實在性。
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薛定諤給同持懷疑態度的阿爾伯特·愛因斯坦寫了封信,設計了一個思想實驗:一個量子事件可能殺死、也可能不殺死一只關在盒子里的貓。他說,假設這只貓在我們觀測之前既死又活,而僅僅是觀測就能迫使自然選擇其中一種狀態——這該有多荒謬。
通過讓量子行為影響到足夠大、大到我們能看見甚至能撫摸的物體,薛定諤想暴露"觀測能召喚實在"這種觀點的荒唐之處。
一個世紀以來,這個思想實驗不斷引發關于量子理論中"測量"或"觀測"究竟意味著什么的爭論。它同時也向實驗物理學家拋出了一道挑戰:我們到底能把物體做到多大,同時仍能在其行為中發現那種奇特的量子性——既非此也非彼的狀態?如果放不進一只貓,那至少能不能把一大塊無生命的物質(有人戲稱其為"薛定諤的小貓")置于這種奇異的量子"疊加態"中?
這不只是學術問題。去年的諾貝爾物理學獎頒給了幾位研究者,他們在1980年代證明超導線圈中可以產生疊加態——這類元件如今被谷歌、IBM等公司用作量子比特,量子計算機正是通過處理以二進制1和0的疊加態表示的信息,才獲得了驚人的計算速度。
歸根結底,對"薛定諤的小貓"的實驗是在探測量子理論本身的邊界。世界真的從頭到尾都是量子的嗎——只是隨著尺寸和質量增加,其奇特后果變得越來越難以察覺?還是說,如一些研究者所認為的,存在一個臨界點,量子力學在此失效,只有舊式的經典物理學才能描述世界?
一些研究者現在正試圖制造由微小晶體組成的"薛定諤的小貓",這些晶體幾乎和塵埃顆粒一樣大,可能有助于解決宇宙學中的基礎問題。如果這些微粒的質量足夠大,能通過引力相互感知,將它們置于精細的量子疊加態中,或許能提供一種檢驗手段:驗證引力是否可以像大多數研究者相信但尚無確鑿證據的那樣,用量子力學來描述。而它們的不穩定特性,還可能為探測那些為解釋某些現象而假設存在的 elusive 粒子提供靈敏的方法。
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