摘要:One can contrive even completely burlesque [farcical] cases. A cat is put in a steel chamber along with the following infernal dev
现有技术不能将人制成量子叠加态。而且,能够用来询问受试者“感受”的仪器大抵对受试者进行了足够强的观测,让其不再处于叠加态。
量子力学的“观察”或“观测”不是望文生义的“眼睛看到”,观察者、观测者不需要任何程度的知觉,而是表示量子测量或能够测出可观察量的设备。人们对量子力学的一些误会与科学传播的方式方法有关,人们耳熟能详的一些“神奇的量子现象”是以讹传讹的,一些从业者故意进行不适当的炒作。
例如,谈论“薛定谔的猫”的人经常完全搞错了薛定谔想表达什么,由此带来错误的刻板印象。
1935 年,薛定谔提出以下思想实验,尝试运用归谬法说明哥本哈根诠释会在特定条件下导出荒谬的情景,从而反对该诠释:
One can contrive even completely burlesque [farcical] cases. A cat is put in a steel chamber along with the following infernal device (which must be secured against direct interference by the cat): in a Geiger counter, there is a tiny amount of radioactive substance, so tiny that in the course of an hour one of the atoms will perhaps decay, but also, with equal probability, that none of them will; if it does happen, the counter tube will discharge and through a relay release a hammer that will shatter a small flask of hydrocyanic acid. If one has left this entire system to itself for an hour, one would tell oneself that the cat is still alive if no atom has decayed in the meantime. Even a single atomic decay would have poisoned it. The psi-function of the entire system would express this by having in it the living and dead cat (pardon the expression) mixed or spread out in equal parts.
It is typical of these cases that an indeterminacy originally restricted to the atomic domain turns into a sensually observable [macroscopic] indeterminacy, which can then be resolved by direct observation. This prevents us from so naïvely accepting a "blurred model" as representative of reality. Per se, it would not embody anything unclear or contradictory. There is a difference between a shaky or out-of-focus photograph and a snapshot of clouds and fog banks.
实验者甚至可以设置出相当荒谬的案例。将一只猫和以下地狱装置放在一个封闭的钢容器里(必须确保这装置不被猫直接干扰):一台盖革计数器里放有极少量放射性物质,少到在一小时内这放射性物质可能有一个原子衰变,亦有同样的概率没有哪怕一个原子衰变;如果衰变发生,那么计数管会放电并通过继电器释放一个锤子、打破装有氰化氢的小烧瓶。如果某人将这容器放置一小时,那么他可以认为,若没有任何原子在这期间衰变,则猫还活着;只要有一个原子发生衰变,猫就已经死了。用来描述这系统的波函数将包含活猫与死猫(原谅这表达)各半叠加的状态。
在类似这典型案例的众多案例里,原本只局限于原子领域的不确定性被巧妙的机制变为宏观不确定性,然后可以被直接观察解明。它使得我们难以如此天真地接受用“模糊模型”作为现实的代表。就其本身而言,它不会体现任何不明确或矛盾的东西。摇晃或失焦的图片与云堆雾层的快照是不同的。
薛定谔想表达的是“波函数不是现实的代表”,就像摇晃或失焦的相机拍出来的模糊照片不意味着拍到的物体本就像云雾那样模糊。
不过,哥本哈根诠释的支持者比薛定谔估计得更容易接受宏观物体可以处于看似荒谬的叠加态。量子力学的其他诠释围绕该思想实验给出了各式各样的解释,例如“猫的不可逆变化导致波函数坍缩”、“存在猫活着的世界线与猫死亡的世界线”。
来自没那么古老的时代的读者可以注意到,在这思想实验里,盖革计数器对衰变的观测足以让波函数坍缩,从而避免猫出现什么奇怪的状态。
让生物体处于叠加态的实验可以向“薛定谔的猫”致敬,但他们难以自称真正实现了薛定谔构造的情景,目前实验还局限于病毒、细菌之类,进入叠加态的时间甚短,还没有一个细菌出现生与死的叠加态。
二十一世纪一零年代出现的硬蹭“薛定谔的猫”的“量子柴郡猫”看起来纯属炒作。
又例如,对量子纠缠的错误解释或以讹传讹的传闻经常吹嘘“挑战因果律”、“因果律不存在了”。
量子纠缠或其他量子效应不会让任何信息或“影响”以超越真空光速的速度传播,根本不会挑战因果律。2025 年夏,量子纠缠本身遭到了挑战,可以看看同时做两个贝尔实验并将本来不应纠缠的光子测出纠缠的文章:
进一步研究还在进行中,目前不知道是否在该实验的设置里存在论文作者未注意到的纠缠。我认为许多科技新闻可以直接开香槟说量子纠缠不存在了。
多年来,对量子纠缠的误解深刻地影响了人们对量子纠缠能用来做什么的期待,让量子通信、量子互联网之类玩意进行了让人难绷的大规模炒作。
多年来,一些糟糕来源传播的量子垃圾声称,对于一对纠缠粒子,当你对其中一个粒子施加特定影响,另一个粒子就会超越距离地发生相应的可测变化,这种效应就是爱因斯坦说的“幽灵般的超距作用”、可以用来超越真空光速地传递信息或实体(“瞬间移动”)。这是完全错误的,量子纠缠不产生超距作用。这方面的一些问题可以参考:可控核聚变会步量子通信的后尘吗?常见的举例方法:
设一个粒子衰变成了一对纠缠粒子,二者有相反的自旋;在对这两个粒子中的任意一个进行测量前,你不确定它们的具体自旋情况。此时,无论上述两个粒子之间出现了多大的距离,在你测量一个粒子并确定其自旋后,你可以立即知道另一个粒子的自旋。不过,无论你如何施加外力去改变其中一个粒子的自旋,另一个粒子的自旋都不会神奇地跟着改变。自旋以外的性质也如此。不需要纠缠,你也能想到类似的现象,例如:
某个量子事件朝未知方向射出了一个粒子,该事件周围有许多探测器。此时,无论探测器们相距多远,在你发现一个探测器接到该粒子后,你就立即知道其他探测器不会接到该粒子。你用某个量子事件随机地将一双手套(左右各一只)丢到了两个相距甚远的地方,然后去找这些手套。你在某地找到了左手手套。此时,无论你到右手手套有多远,你都知道它会是右手手套。看起来,纠缠粒子与非纠缠手套的区别是,在你测量前,手套的左右已经有确定的属性,而未测量的纠缠粒子的若干属性看起来没有被经典手段提前确定。历史上猜测的局部隐变量也被违反贝尔不等式的相关实验排除。
另外,一些人可能看了对“延迟选择实验”、“延迟选择量子擦除实验”的错误表述,产生了误解。
延迟选择实验让光子做的所谓选择是“在通过双缝或其天文学类似物时的举动像波还是像粒子”,量子力学的标准解释是光具有波粒二象性,无需做出特别的选择。
单个光子只会在屏幕上留下一个点。为了形成条纹或光斑,你需要发射大量光子。
对于在分束器后观测到两个光斑、无干涉条纹的实验,你用这两个光斑反映的信息推导出光子在位形空间的分布,就会得到干涉条纹。
对于在分束器后观测到两组干涉条纹的实验,你将这两组条纹叠加起来会得到一个光斑。
可以看看“延迟选择量子擦除实验”[1]:
模拟条纹或光斑的形成过程:
来源:时空探险家