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  情何以堪，量子疊加態(tài)已經(jīng)被證偽？

發(fā)布日期：2022/2/21 22:43:51      瀏覽量：

      關(guān)注量子科學(xué)的朋友們是否還記得，曾經(jīng)在2019年刷屏的“耶魯大學(xué)宣布量子理論被證偽”的論文通稿，引起了社會(huì)各界的強(qiáng)烈反響。

不過當(dāng)時(shí)權(quán)威科學(xué)界并沒有著急“表態(tài)”，而是認(rèn)為相關(guān)實(shí)驗(yàn)和數(shù)據(jù)需要進(jìn)一步核實(shí)。

      如今已經(jīng)過去了三年的時(shí)間，就在大家快遺忘這件事的時(shí)候，耶魯大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)室終于在2月18號(hào)宣布，“量子疊加態(tài)瞬時(shí)轉(zhuǎn)換”證偽實(shí)驗(yàn)科學(xué)有效，已被學(xué)術(shù)界接納。

      想要搞明白這個(gè)問題，我們需要“回到”100年前的“索爾維大會(huì)”上，跟著愛因斯坦和玻爾的“大戰(zhàn)”，理順這次事件的前因后果。

1927年，全世界“頂級(jí)”的科學(xué)家們匯聚一堂，在“布魯塞爾”召開一次大會(huì)。

      會(huì)議的主要議題之一就是“量子力學(xué)的疊加態(tài)是否完全隨機(jī)”。

      與會(huì)的科學(xué)界權(quán)威人士，對(duì)這個(gè)問題有著完全不同的見解和理論，但是在漫長的爭(zhēng)執(zhí)中，量子力學(xué)的諸多理論也漸漸明晰了起來，因此這一年又被稱為“量子力學(xué)成長之年”。

      我們都知道，在量子力學(xué)誕生之初，科學(xué)家就發(fā)現(xiàn)了它有一個(gè)非常“詭異”的物理性質(zhì)，那就是“量子疊加態(tài)”。

      薛定諤為了世人更好的理解疊加態(tài)，還提出了一個(gè)大名鼎鼎的思想實(shí)驗(yàn)，即“薛定諤的貓”。

      通俗來說，一個(gè)微觀粒子在量子尺度下會(huì)同時(shí)處于“兩種狀態(tài)”。

      舉個(gè)簡(jiǎn)單的例子，如果一個(gè)人在宏觀尺度“向左看”，那么無論我們從任何角度觀察，他都處于“向某一方向看”的確定、唯一狀態(tài)，可是一旦他縮小到“量子尺度”，事情就變得“詭異”起來。

      縮小到量子尺度的人，他的狀態(tài)會(huì)處于“不可預(yù)知”的范圍中。

      即同時(shí)保持“向任何方向看”的狀態(tài)，只有當(dāng)你通過儀器去“看”他的時(shí)候，一股未知的力量會(huì)“瞬間”改變他的狀態(tài)，讓其處于一個(gè)“向某一確定方向”看的狀態(tài)。

      至于他究竟會(huì)看向哪邊？

      以玻爾、海森堡等科學(xué)家為首的“哥本哈根學(xué)派”認(rèn)為其過程是“完全隨機(jī)不可提前知曉”的，這也是愛因斯坦、薛定諤等科學(xué)家不愿接受的量子特性之一。

      其實(shí)量子“真隨機(jī)性”并非是雙方科學(xué)家爭(zhēng)議的最大矛盾，。

      索爾維會(huì)議”最大的謎題，是“量子疊加態(tài)”坍縮為“確定態(tài)”的過程，究竟是“瞬間”完成的，還是“持續(xù)”完成的。

      換言之處于量子尺度的人，當(dāng)他決定向左邊看的時(shí)候，是瞬間就“處于”向左看的狀態(tài)，還是從某個(gè)方向（雖然速度極快）有一個(gè)連續(xù)運(yùn)動(dòng)的過程，變成“向左看”的狀態(tài)。

      很顯然，包括愛因斯坦在內(nèi)的很多科學(xué)家都堅(jiān)信，這個(gè)物理轉(zhuǎn)換的過程是連續(xù)的，只不過由于量子尺度太小，而且狀態(tài)坍縮的速度太快，所以以人類目前的科技手段，根本無法捕捉到這個(gè)運(yùn)動(dòng)的經(jīng)過。

      然而“哥本哈根學(xué)派”則堅(jiān)持認(rèn)為，量子力學(xué)的哲學(xué)邏輯就是“隨機(jī)、疊加、瞬間”等等這些傳統(tǒng)科學(xué)“不兼容”的思想。

      宏觀的物理事物不可能出現(xiàn)“瞬間”的特性，就好像太陽不可能“瞬間”移動(dòng)到宇宙的某個(gè)地方，但是在量子領(lǐng)域，“瞬移是再正常不過的事情“。

      愛因斯坦和玻爾的辯論在當(dāng)時(shí)并沒有確定的結(jié)果，因?yàn)榭茖W(xué)界根本沒有足夠的技術(shù)手段去核實(shí)雙方的理論。

      但是量子力學(xué)最終還是以“哥本哈根學(xué)派”的思想傳承了下來，即“量子疊加態(tài)”是一個(gè)“瞬間確定”的過程，沒有任何中間運(yùn)動(dòng)。

      “真隨機(jī)、瞬間”從此成為“量子力學(xué)”的物理代名詞。

      直到2019年，耶魯大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)室通過精密儀器，為這場(chǎng)持續(xù)一個(gè)世紀(jì)的“科學(xué)大戰(zhàn)”畫上了終點(diǎn)，即玻爾的量子力學(xué)理論是錯(cuò)誤的。

      耶魯大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)室在“超導(dǎo)實(shí)驗(yàn)環(huán)境”中，以三個(gè)基礎(chǔ)“量子”作為實(shí)驗(yàn)觀察對(duì)象。

      通過分析三者激發(fā)態(tài)的能量“躍遷”變化，證明了量子從“疊加態(tài)”坍縮為“確定態(tài)”的過程是持續(xù)發(fā)生的，并不是瞬移的。

      而且“確定態(tài)”的結(jié)果也不是“完全隨機(jī)”的，而是可以通過量子能量密度分布和“波函數(shù)”預(yù)測(cè)值“大致推算出來”。

      這就表明我們一直以來篤信的“量子力學(xué)”的物理特性是錯(cuò)誤的，量子尺度和宏觀尺度一樣，完全遵循“某一力量”（大一統(tǒng)定理）的“束縛”，只不過量子的運(yùn)動(dòng)變化接近“普朗克尺度”，很難被感知而已。

      正因“事關(guān)重大”，科學(xué)界以三年的時(shí)間，對(duì)耶魯大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)室的數(shù)據(jù)分析，最終確定了這一研究成果。

      雖然耶魯不是推翻了“量子物理”，但卻實(shí)實(shí)在在改變了我們對(duì)“量子力學(xué)”的傳統(tǒng)認(rèn)知，宇宙萬物最終依然不能逃脫“規(guī)律”的束縛，“上帝也確實(shí)不擲骰子”。