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“薛定谔的猫”假想实验中,将猫换为会响的钟不打开箱子也可以观测,会怎么样?

2022-02-21 23:18 作者:Hw老师  | 我要投稿

 量子态是非常敏感和脆弱的,哪怕只有几个光子照到了它,将它的信息携带到了更大的体系(比如探测器),都构成观测。按照哥本哈根派诠释,观测会导致量子态坍缩到一个确定的结果(本征态)上,也就是猫的死或活。


如果要拿真猫做“薛定谔的猫”的实验,由于猫处于室温的空气中,周围有无数的处于热运动状态的空气分子在不断撞击,就算猫处于量子态,也会在瞬间退相干到一个经典态。这个系统里唯一“量子”的是处于衰变和尚未衰变的叠加态的原子核。在它的衰变产物撞到探测器(或者跟空气分子碰撞导致信息泄漏到周围环境中)之前,它将一直处于叠加态。在衰变产物撞到探测器之后,则完成了测量,系统坍缩到了一个确定的结果。


为什么被探测器测量和信息泄漏到空气中都一样会导致坍缩—后一种情况,人们并没有获知测量结果?这是因为,在这两种情况中,探测器和空气都是粒子数众多、自由度很高的体系。按照多世界诠释,系统的粒子数越多,量子态空间的维度就越高,两个态矢量在随时间的演化中越容易趋于互相垂直—意味着两个状态退相干。总之,只要信息耦合到了自由度高的体系中,量子态就坍缩到了经典态,与人们是否获知了实验结果无关。


打不打开箱子是一个无关紧要的技术问题。实际上在打开箱子前,猫的体温加热了空气,传递到箱体上,就已导致了“观测”。使用钟也是一样的道理,钟通过空气的振动将信息传递到外界,同样会在打开箱子前导致测量被执行。


前面我们假设了“猫处于量子态”。实际上,猫本身就是一个巨大的、由无数处于高速热运动状态的粒子组成的体系,它自身就会导致自身退相干到经典态。换句话说,就是猫自身的粒子在不断“观测”自己,使自己坍缩成了经典的猫。所以我们在撸猫时,从不需要担心手中的猫突然有了量子性然后隧穿到了别的地方。


只要宏观上可区分的相干叠加态都可以叫作“猫态”。在实验室里,科学家试图在微观的、受到严格保护的环境下模仿“薛定谔的猫”的实验,看能制备出多大的“猫态”。例如用一组光子来作为“猫”,用处于(相空间中)不同位置来比作猫的死或活,当两种态相干叠加时中间就会形成额外条纹,代表着“猫态”制备成功。通过这类研究,科学家们不断加深着对退相干的理解,磨练着如何在实验室里驾驭它。



此文非原创,也没找到原作者是谁。

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