“薛定谔的猫”是量子力学的一个思想实验,实际可以做实验,但是无法观测到“猫死”和“活”的叠加;如果把猫换成其他微观粒子,科学家是可以制备薛定谔猫态的,也有不少实验室完成过类似的实验。
大名鼎鼎的“薛定谔的猫”,已经折腾了科学界80多年,可以说人类对量子力学的理解还远远不够,就连物理学家费恩曼也说到:”我想我可以有把握地说,没有人真正理解量子力学。”
薛定谔的猫是奥地利物理学家薛定谔,在1935年提出的量子力学思想实验,实验内容:一个封闭盒子内有一只猫,以及少量放射性物质,一段时间后,有50%的概率放射性物质会发生衰变,然后通过巧妙的物理装置释放出毒气杀死这只猫,同时有50%的概率放射性物质不会衰变,从而猫活了下来。那么问题在于,我们在没有打开箱子前,猫是死的还是活的?
第一眼看到这个问题时,很多人肯定会想“提问的人有毛病吧!是死是活打开不就知道了,没打开前就是一个概率问题。”
如果我们在经典力学中思考这个问题,那么质疑者完全是正确的,没打开盒子前猫的死活就是一个概率问题;然而一旦把这个问题放在量子力学中考虑,结果就会变得扑朔迷离。
根据量子力学根本哈根学派的解释:由于物质衰变是一个量子随机的过程,所以在没打开盒子前,整个系统就处于不确定性的波态,猫的死与活是叠加的,需要注意的是,量子力学描述猫的死与活叠加并非一个数学描述,而是要求物理情景就是"猫死"与“猫活”的叠加,一只不死不活的猫,换做是谁也接受不了。
薛定谔的猫只是量子力学中怪异结论的一个,这个问题直指量子力学和经典力学的边界性,量子力学在微观获得了巨大的成功,但是宏观世界的解释还得靠经典力学,那么两者的边界到底在哪里呢?
"薛定谔的猫"实验是无法实际完成的,因为我们不可能同时观测到猫死与猫活两个状态,但是在微观世界当中,确实有科学家制备了“薛定的猫态”,也就是叠加态。
比如在2016年,《科学》杂志发表一篇文章,称美国耶鲁大学的一名科学家,首次实现了一种双模式的猫态,实验者利用两个微波超导空腔,空腔内有几十个光子组成驻波,然后通过巧妙的方法,把两个空腔内的光子实现关联,这些光子就如一只“薛定谔的猫”同时存在于两个箱子当中。
在2019年1月23日,浙江大学和中国科学技术大学的研究人员联合中美多个研究团队,首次在人工量子系统中合成了反对称自旋交换作用,从而实现了“薛定谔猫态”的制备,也就是叠加态的制备,目前量子计算机的技术瓶颈,也就是对叠加态的制备和操控。