“薛定諤的貓”假想實(shí)驗(yàn)中,將貓換為會(huì)響的鐘不打開(kāi)箱子也可以觀測(cè),會(huì)怎么樣?
?量子態(tài)是非常敏感和脆弱的,哪怕只有幾個(gè)光子照到了它,將它的信息攜帶到了更大的體系(比如探測(cè)器),都構(gòu)成觀測(cè)。按照哥本哈根派詮釋,觀測(cè)會(huì)導(dǎo)致量子態(tài)坍縮到一個(gè)確定的結(jié)果(本征態(tài))上,也就是貓的死或活。
如果要拿真貓做“薛定諤的貓”的實(shí)驗(yàn),由于貓?zhí)幱谑覝氐目諝庵?,周圍有無(wú)數(shù)的處于熱運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的空氣分子在不斷撞擊,就算貓?zhí)幱诹孔討B(tài),也會(huì)在瞬間退相干到一個(gè)經(jīng)典態(tài)。這個(gè)系統(tǒng)里唯一“量子”的是處于衰變和尚未衰變的疊加態(tài)的原子核。在它的衰變產(chǎn)物撞到探測(cè)器(或者跟空氣分子碰撞導(dǎo)致信息泄漏到周圍環(huán)境中)之前,它將一直處于疊加態(tài)。在衰變產(chǎn)物撞到探測(cè)器之后,則完成了測(cè)量,系統(tǒng)坍縮到了一個(gè)確定的結(jié)果。
為什么被探測(cè)器測(cè)量和信息泄漏到空氣中都一樣會(huì)導(dǎo)致坍縮—后一種情況,人們并沒(méi)有獲知測(cè)量結(jié)果?這是因?yàn)?,在這兩種情況中,探測(cè)器和空氣都是粒子數(shù)眾多、自由度很高的體系。按照多世界詮釋,系統(tǒng)的粒子數(shù)越多,量子態(tài)空間的維度就越高,兩個(gè)態(tài)矢量在隨時(shí)間的演化中越容易趨于互相垂直—意味著兩個(gè)狀態(tài)退相干??傊?,只要信息耦合到了自由度高的體系中,量子態(tài)就坍縮到了經(jīng)典態(tài),與人們是否獲知了實(shí)驗(yàn)結(jié)果無(wú)關(guān)。
打不打開(kāi)箱子是一個(gè)無(wú)關(guān)緊要的技術(shù)問(wèn)題。實(shí)際上在打開(kāi)箱子前,貓的體溫加熱了空氣,傳遞到箱體上,就已導(dǎo)致了“觀測(cè)”。使用鐘也是一樣的道理,鐘通過(guò)空氣的振動(dòng)將信息傳遞到外界,同樣會(huì)在打開(kāi)箱子前導(dǎo)致測(cè)量被執(zhí)行。
前面我們假設(shè)了“貓?zhí)幱诹孔討B(tài)”。實(shí)際上,貓本身就是一個(gè)巨大的、由無(wú)數(shù)處于高速熱運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的粒子組成的體系,它自身就會(huì)導(dǎo)致自身退相干到經(jīng)典態(tài)。換句話說(shuō),就是貓自身的粒子在不斷“觀測(cè)”自己,使自己坍縮成了經(jīng)典的貓。所以我們?cè)跀]貓時(shí),從不需要擔(dān)心手中的貓突然有了量子性然后隧穿到了別的地方。
只要宏觀上可區(qū)分的相干疊加態(tài)都可以叫作“貓態(tài)”。在實(shí)驗(yàn)室里,科學(xué)家試圖在微觀的、受到嚴(yán)格保護(hù)的環(huán)境下模仿“薛定諤的貓”的實(shí)驗(yàn),看能制備出多大的“貓態(tài)”。例如用一組光子來(lái)作為“貓”,用處于(相空間中)不同位置來(lái)比作貓的死或活,當(dāng)兩種態(tài)相干疊加時(shí)中間就會(huì)形成額外條紋,代表著“貓態(tài)”制備成功。通過(guò)這類研究,科學(xué)家們不斷加深著對(duì)退相干的理解,磨練著如何在實(shí)驗(yàn)室里駕馭它。
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