接着,冯又对斯格尔说:“我说让你帮我讲解两个实验呢!另外一个实验,就是与这个‘叠加态’的理解有关……”
这时那个年轻模样的虚拟角色也说:“对啊……说实话,你刚才提到,手套处于一种‘既是左手又是右手’的‘叠加’状态,这个说法,我就一直没太明白……”
“唉,又要再讲一遍是吗?”斯格尔看了看冯,又叹了一口气,“要不是看在咱们认识这么多年的份上……”
于是斯格尔解释道:“嗯,要理解微观粒子‘叠加态’的问题,首先得理解,不确定性是作为基本粒子的内禀属性而存在的。
“量子的‘态’,就是指粒子在空间中的状态,比如能量、自旋等等,它可以用波函数描述,所以波函数又被称为‘态函数’。
“‘叠加态’,就是有几种‘本征态’叠加在一起的粒子状态,这时量子的态是不确定的,只有在‘测量’进行时,它才会呈现为一个确定的、被测量到的状态,这可能是它的任何一种‘本征态’。”
斯格尔看了看那个年轻人,说道:“你不理解手套是左手状态与右手状态的‘叠加’,这也不算奇怪。因为,这就是这种类比方法的不足之处所在。当我用‘手套’来打比方时,这就很容易让人产生联想,把处于‘叠加态’的微观粒子,与宏观物体划上等号。于是,这种状态的存在,自然就会让人费解……这就是我刚才说的,如果套用宏观规律,对微观现象进行说明,结果,当然是不符合直觉的。不过,我倒是想起玻尔说过的一句话——‘谁要是第一次听到量子理论时没有感到困惑,那他一定没听懂’……”
“这句话说的没错,”冯说道,“我第一次听到‘薛定谔的猫’,就是这样的感觉……”
斯格尔说:“当然啦,要想理解这个概念,‘薛定谔的猫’,是一个很好的例子……我想你也正是想让我来讲解这个实验……
“首先你们要理解,这个实验尽管非常有名,但其实它只是一个思想实验。思想实验是什么意思?这就是说,要使用想象力来进行实验,因为,这个实验本身,在现实中无法做到,或者暂时还未做到。
“‘薛定谔的猫’,这个思想实验的目的,就是要通过思维推演,把微观领域的量子行为,扩展到宏观世界。
“简单概括一下,这个思想实验是这样的——将一只猫关在装有稳定放射源的密闭容器里;在一小时之内,放射源将有50的几率发射放射性粒子;只要有放射性粒子发射出来,就会开启探测器,接着会触发机关,打碎一瓶毒药,猫就会死掉;如果没有放射性粒子发射出来,猫就继续存活。
“在这个思想实验中,问题的核心在于,原子核的衰变,是一个随机事件,我们所能精确知道的,只是它的半衰期而已。
“半衰期,就是原子衰变一半所需要的时间。例如,一种原子的半衰期为一小时,那么,一小时后,未衰变的原子就只剩下原来的二分一;两小时后,变成四分一;三小时后,则是八分一。
“这也就是说,对于放在密闭容器中的放射源,我们知道它的半衰期,却无法知道,它具体会在什么时候,发生衰变。
“这样一来,根据量子理论,放射源实际上处于‘衰变’和‘没有衰变’两种状态相叠加的状态,而用来探测放射性粒子的探测器,也将因此处于‘开启’与‘未开启’两种状态相叠加的状态——
“如果我们进一步推论,这也就意味着,对于外部观测者来说,如果不揭开密闭容器的盖子,就无法根据我们的日常生活经验,确切地知道,那只猫到底是死还是活——容器内的猫也理应处于‘死猫’和‘活猫’两种状态相叠加的状态!
“而猫怎么可能既死又活呢?!这只‘既死又活’、‘不死不活’、‘死活叠加’的猫,就是著名的‘薛定谔的猫’。”
“对,对!”冯高兴地像个孩子一样,“‘薛定谔的猫’,这是一只神奇的猫……”
斯格尔瞥了冯一眼,有些不以为然的说道:“我以前早就说过了,‘薛定谔的猫’,它可不是什么真实的存在……
“其实,薛定谔提出这个思想实验的本意,是想把微观的放射源粒子,和宏观的猫,二者联系起来,将量子叠加态的现象,带到宏观世界——
“结果,他就得到了一只‘既死又活’的猫。明白吗?‘既死又活’、‘不死不活’!从逻辑上说,这样的结论,显然是荒谬的!我们从未在宏观世界观察到‘量子叠加态’的现象,这种‘叠加态’的猫,根本就不存在。
“所以,薛定谔借助这个思想实验,正是希望向人们指出,量子叠加态的理论,是错误的,或者是不完备的;又或者,借助这个思想实验,至少可以否定,在宏观世界存在量子叠加态……”
“可是,我相信,宏观世界确实有量子叠加态存在……”冯有些激动地说道。
斯格尔点点说:“这样的观点也不是没有道理……因为,随着量子力学的发展,量子物理学家先后通过各种方案,获得了近似宏观的量子叠加态——他们先是使4个离子或5个光子一同达到了与‘薛定谔猫’相似的叠加态,后来又使6个甚至8个铍离子作为整体也实现了这种状态……
“这也反过来证明,量子力学对于微观粒子世界的认识和理解,尽管看似超乎常理,但是却被实验证明是正确的。
“而薛定谔所指出的荒谬现象,其实也是真实存在的——如果,有更多粒子构成的系统,也能达到这样的状态,并且,能够将这样的状态,保持足够长的时间,那么,在我们可以直接感受到的宏观世界,也将会有‘叠加态’存在……”58xs8.com