为什么少有人做“薛定谔的猫”这个实验 , 是有技术难度吗?
霍金说过 , 谁要是跟我提薛定谔的猫 , 我就去拿枪!题主还想做个实验 , 本猫的枪呢?
既然题主这么好学 , 在我找到枪之前 , 我先说一段关于这只物理世界最著名猫的前世今生吧 。
薛定谔的猫的前世
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量子力学的奠基人之一 , 本来是大名鼎鼎的爱因斯坦 , 1905年的光量子概念以及相对论一出 , 物理界自“两朵乌云”后的愁云惨雾本来大有机会烟消云散;斜刺里却杀出了以不确定(海森堡的不确定性原理)、大概吧(波恩的概率解释)、都凑合(玻尔的“互补原理”)形成量子力学核心解释 。
把科学的区域性以及绝对性打得粉碎 。曾将宇宙万物过去未来都算出精确结果的物理学界 , 突然连个电子的精确位置都算不下去了!简直斯文扫地 。
爱因斯坦和薛定谔实在看不下去 , 决定下场死磕 。爱因斯坦掷出了上帝的骰子 , 而薛定谔则放出了这只扰动科学界的猫 。
爱因斯坦这茬我们略过 , 今天我们专注于薛定谔的猫 。
薛定谔的猫长啥样这是个老话题了 , 先上图:
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我再给同学复习一次:现在有一个小盒子装有放射性源 , 设其半衰期为一个小时 , 即一小时后有一半概率放射出一个粒子 , 根据量子力学叠加原理 , 一小时后空间将处于有一个粒子(记为|1?) , 和没粒子(记为|0?)的叠加态|ψ?=12√(|0?+|1?) 。盒子连接着一个机关 , 机关控制一个装有致命毒气的瓶子 。
如果有粒子 , 盒子的机关会被打开 , 铁锤将落下 , 打破装有毒气的瓶子 , 毒气会将密封于笼子里的猫毒死 , 如果小盒子未放出粒子 , 则一切如常 , 猫将活下来 。那么 , 一个小时后 , 这只猫究竟是活的还是死的?
按照哥本哈根的量子态叠加原理解释 , 在我们观察之前 , 猫处于半死不活的叠加态;这便是困扰物理学界超过80年的魔兽—— “薛定谔的猫” 。
插句题外话 , 薛定谔可不是动物学家 , 人家的薛定谔方程在物理界是排前十的伟大 , 就是他的死对头量子派 , 也是给予极度认可的 , 照料上个图 , 大家瞻仰瞻仰:
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薛定谔的猫今生此猫一入尘世之间 , 世人皆惊愕莫名!现实生活中 , 猫要么死 , 要么活 , 从来没听说过生死不明状态的猫存在 。其实 , 同学们不要被薛定谔迷住眼睛 , 猫不是重点 , 死和活两种确定的状态才是 。
这里的关键词是可以区分的死或活两种状态 , 可以是猫 , 也可以是任何其他客观事物 , 推而广之 , 微观世界量子尺度的叠加态 , 能否直接引申到宏观世界中 , 和客观事物发生直接的作用 , 并且被观测记录到 , 这个才是薛定谔的猫实验的本质 。
简单的表述——人们能否制作宏观可区分的量子态!
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如何进行薛定谔的猫实验?回答这个问题 , 其实就是回答题主的疑问 , 如何制作一个宏观可区分的量子态的实验 。
按照目前的科学技术发展水平 , 中国的大牛们还是有办法的 。
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根据郭光灿院士的说法 , 《量子光学》中的相干态|α? , 是最接近于经典的量子态 。理想的激光就是相干态 。
而且当其平均光子数很大时 , 相干态的量子效应便可忽略不计 , 可被视为经典电磁波 。根据这个原理 , 采用相位差为π的两个相干态的叠加可以作为模拟“薛定谔的猫”的方案 。
这类方案已被实验所验证 , 最先是在原子尺度上制备出“薛定谔的猫” , 其后在宏观尺度上也取得了成功 。
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