理论教育 薛定谔的猫:量子纠缠和多世界解释的思维试验

薛定谔的猫:量子纠缠和多世界解释的思维试验

时间:2023-07-06 理论教育 版权反馈
【摘要】:令薛定谔担心的是,这种量子叠加原则上会成为两个亚原子粒子之间纠缠的一部分。薛定谔的猫是一个故意为之的荒谬点子。如果原子释放出了微粒,那么根据薛定谔的思维试验,会想象该微粒触发了一种连锁反应,最终将猫毒死。参考阅读//No. 98 多世界解释,第200页薛定谔的猫成了量子物理学领域最著名的的思维试验之一,因为它似乎与我们对现实的预期发生了冲突。而这也正是薛定谔所想要表明的。

薛定谔的猫:量子纠缠和多世界解释的思维试验

量子物理学达到了古怪的巅峰

20世纪30年代,埃尔温·薛定谔对量子理论所带来的那些暗示感到深深的不安。当爱因斯坦和他的同事们提出了一个悖论来证明量子理论并不完善的时候(参考阅读:EPR悖论,第160页),薛定谔感到更加心神不宁了。他的苦恼使一只现在非常著名的猫问世了。

薛定谔给EPR悖论研究的这个奇怪的现象起了一个名字:量子纠缠。量子物理学还有另一个奇怪的预测叫作“量子叠加”。薛定谔将两者结合在一起进行思考,得出了一个在哲学上令人困扰的结论。

根据量子叠加理论,一个原子粒子的物理特性在没有实际测量之前是不完全确定的。例如,物理学家们会使用“自旋”这个术语来描述一种基本的亚原子特性。一个微粒会“向上”自旋,也会“向下”自旋,但在该微粒被实际测量之前,量子理论都会认为它在同时进行上下自旋。

令薛定谔担心的是,这种量子叠加原则上会成为两个亚原子粒子之间纠缠的一部分。两个纠缠在一起的微粒A和B,可能最终会拥有同样的量子叠加。微粒A会同时进行上下自旋,微粒B也会同时进行上下自旋。只有当两个微粒的其中之一被测量出结果后,二者的命运才会随之确定:如果测量结果确定了微粒A是“向上”自旋的,那么微粒B作为微粒A的纠缠镜像双胞胎兄弟一定是“向下”自旋的。

薛定谔还关注着量子叠加能否在原则上“纠缠”任何与之相互作用的物体。1935年,他就提出了量子叠加可以与包括比亚原子粒子大得多的物体发生纠缠,例如,一只猫。经验告诉人们,猫和其他的动物一样,不是活的,就是死的,但薛定谔认为,如果一只猫被放进一个纠缠着的量子叠加中,就会出现一个自相矛盾的结果:猫可能会同时处在活和死的状态中。

薛定谔的猫是一个故意为之的荒谬点子。(www.daowen.com)

薛定谔设想了一个钢铁制成的盒子,盒子里面装着一只猫和极少量的某种放射性物质。在一个小时的时间之内,该物质中的某个原子可能会(可能不会)自发地发射出一个放射性的微粒。在物理学家打开盒子查看试验结果之前,该原子都处于一个量子叠加的状态之中——它释放了一个放射性的微粒,同时也没有释放一个放射性的微粒。如果原子释放出了微粒,那么根据薛定谔的思维试验,会想象该微粒触发了一种连锁反应,最终将猫毒死。这意味着猫本身已经和量子叠加产生了纠缠,所以它就会同时处于活着和死亡的状态。

参考阅读//

No. 98 多世界解释,第200页

薛定谔的猫成了量子物理学领域最著名的的思维试验之一,因为它似乎与我们对现实的预期发生了冲突。

而这也正是薛定谔所想要表明的。

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