薛定谔准尉解密宇宙间最奇妙的量子现象（物理学入门、理论探讨）

　　走近量子纠缠

　　思想实验：是指使用想象力去进行的实验，所做的都是在现实中无法做到（或现实未做到）的实验。

　　2012年10月9日，两位物理学家因为在量子信息技术领域作出巨大贡献而获得2012年诺贝尔物理学奖，他们是法国物理学家塞尔日·阿罗什和美国物理学家戴维·瓦恩兰。

　　量子光学世界充满了神奇，由于单个粒子很难从周围环境中隔离观测，量子物理学中很多奇特现象无法被观测到。

　　但这两位获奖者通过实验，发现了能够直接观察单个粒子却不对其产生破坏的方法，使科学家能够直接对微观过程进行量子模拟和实验，捕捉自然界中的量子行为，并让探索量子现象和普通生活的界线成为可能。这一方法还可以将自然界中的某些物质，如光子和原子分离出来，观察它们的行为和互相之间的关系，这将大大缩短研制量子计算机的进程。

　　在长达一个世纪的时间里，科学家们被原子颇为古怪的行为所迷惑。在自然的微观世界里，一些科学常识方面的定律被其内部奇怪的量子力学规律所颠覆。量子力学是描述原子、电子等微观粒子的理论，它所揭示的微观规律与日常生活中看到的宏观规律很不一样。处于所谓“叠加态”的微观粒子之状态是不确定的，例如，电子可以几乎同时位于几个不同的地点，直到被观察测量时才在某处出现。这种事如果发生在宏观世界的日常生活中将不可思议，例如你有一件物品，它会同时出现在你家的书房、餐厅、卧室、厨房……到处游荡，这种看似魔术的现象人们当然嗤之为荒谬，但在量子力学世界里却是事实，这种奇特的难以置信的现象正是物理学家们孜孜不倦要弄清楚的。

　　为了解释原子行为的这种怪异现象，奥地利物理学家、1933年诺贝尔物理学奖得主埃尔温·薛定谔于1935年设计了一个关于量子理论著名的思想实验。把一只猫放进一个不透明的盒子里，然后把这个盒子连接到一个包含放射性原子核和装有有毒气体容器的实验装置。设想这个放射性原子核在一个小时内有50%发生衰变的可能性。如果发生衰变，它将会发射出一个粒子，而发射出的这个粒子将会触发这个实验装置，导致装有毒气的容器被打开，从而杀死这只猫。按照量子力学理论，未进行观察时，这个原子核处于已衰变和未衰变的叠加态。但是，如果在一个小时后把盒子打开，实验者只能看到“衰变的原子核和死猫”或者“未衰变的原子核和活猫”两种情况。

　　薛定谔猫实验是一个佯谬，实际上提出了一个十分重要的问题：什么是量子力学的观测？观察或测量都与人的主观意志有关。这个思想实验的巧妙之处在于，通过“检测器-原子-毒药瓶”这条因果链，似乎将铀原子的“衰变-未衰变叠加态”与猫的“死-活叠加态”联系在一起，使量子力学的微观不确定性变为宏观不确定性；微观的混沌变为宏观的荒谬——猫要么死了，要么活着，两者必居其一，不可能同时既死又活！难怪英国著名科学家霍金听到薛定谔的猫佯谬时说：“我去拿枪来把猫打死！”

　　薛定谔编出了这个佯谬的目的是为了以此引起科学家注意，引导人们关注这样一个物理现象：宏观世界是否也遵从适用于微观尺度的量子叠加原理。“薛定谔的猫”实验巧妙地把微观放射源和宏观的猫联系起来，旨在最终否定宏观世界存在量子叠加状态。

　　直到几年前，这个问题还是个哲理问题，对于物理学家们来说，量子力学也是如此奇妙。但物理学家要解决的问题是，为何在我们现实世界里就不是这样的呢？例如，当你要拿你的手机时，它不可能同时既在书房，又在卧室里，而只能是静静地躺在房间的某个角落。薛定谔这样解释，根据量子力学原理，在“薛定谔的猫”箱子打开前，箱中之猫“既死又活的”，非要有人打开箱子看一眼猫是死是活才能确定。

　　1996年，法国物理学家塞尔日·阿罗什将他们的实验比作薛定谔的猫，即“盒子”里的光子就像“薛定谔的猫”的状态，同时在两个相反的方向之间摆动，然后他们通过发送“侦测”原子，测定这样的“猫态”存在多长时间才衰减，或重新回复到量子状态。在一系列实验中，他们已经开发出让“猫态”维持更长时间的反馈技术，这种技术将是实现量子计算机梦想的关键，以所谓的量子比特来解决超越普通电脑能力之外的一些超巨大数据的计算问题。量子计算机与周围环境分离的“量子比特”拥有神奇的计算能力，但同时必须找到一种测量量子比特的方法，以读出量子计算机的计算结果。

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