薛丁格的貓好扯淡（不可言說還是妙不可言）

2023-05-21 20:29:24 5

（來源：263財富網）

請原諒小編這次，小小的標題黨了一把。其實，這個「不可言說」也許是說不清楚吧。寫到最後，小編愈發稀裡糊塗，有不準確的地方，希望大家多多批評指正。

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還是，那隻貓的故事

設想在一個封閉的匣子裡，有一隻活貓及一瓶毒藥。毒藥瓶上有一個錘子，錘子由一個電子開關控制，電子開關由放射性原子控制。衰變發生，藥瓶被打破，貓就會被毒死。

按照常識，貓可能死了也可能還活著，更確切的說，貓是處於一種或死或活兩種本徵態的疊加態。只不過毒藥衰變的機率是隨機的，科學家無法計算出它什麼時候衰變。

所以，只有打開匣子，我們才知道貓到底是死了還是活著。但是打開匣子觀測這個行為意味著實驗結果是：貓或死或活的疊加態坍縮，到了或者死、或者活的一方，也就是其中一種本徵態。

（來源：羊城晚報）

上面內容介紹的是「薛丁格的貓」的內容。這個本來是奧地利物理學家薛丁格於1935年提出來嘲笑關於量子研究的思想實驗，卻陰差陽錯地把微觀領域的量子行為擴展到宏觀世界推演，巧妙地從宏觀尺度闡述微觀尺度的量子疊加原理的問題。

「薛丁格的貓」只存在於科學家的大腦之中，有沒有被實驗驗證了呢？

事實上，在1996年5月，美國科羅拉多州博爾德的國家標準與技術研究所（NIST）的Monroe等人用單個鈹離子做成了「薛丁格的貓」並拍下了快照，發現鈹離子在第一個空間位置上處於自旋向上的狀態，而同時又在第二個空間位置上處於自旋向下的狀態，而這兩個狀態相距80nm之遙！

80nm——這在原子尺度上是一個巨大的距離了。打個比方，在量子領域內，這個鈹離子就像一位通靈大師，他分身有術，能在巴黎埃爾菲鐵塔上看星星，同時在喜馬拉雅之巔感受風之凜冽；能在墨西哥餐廳吃牛排，同時在中國江南小鎮遊山玩水！

（來源：圖蟲網）

除去「薛丁格的貓」，量子理論領域還有另外一個重要的實驗。並且和前者既有幾分相似，卻又有不少區別，這個實驗就是——雙縫幹涉實驗。所以，這兩個實驗到底有什麼不同？又有什麼內在的關係呢？

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此刻，開始光的故事

在我們的高中課本上學到過，雙縫幹涉實驗的大概現象是：一束光在通過間距很小的兩個縫隙時候，投射在平面，會因為光的波動性導致投射出來的影像成明暗交替狀。

（來源：簡書）

雙縫幹涉條紋產生的原因是：光的波動性。兩縫透出的光波相互幹涉（波峰波谷相互重疊或消減），導致投射在平面的光斑出現幹涉條紋。

（來源：我為祖國獻石油的博客）

以上的傳統實驗，發射出的光束包含了大量光子。所以可以認為是不同的光子之間發生了幹涉。但實驗人員對實驗條件做出了一個小小的改變：每次只發射出一個光子，光子每次只會從其中一個縫內通過。猜想一下：是否還會產生幹涉條紋呢？

沒猜錯的話，你會覺得在投影面只會形成兩個均勻的光斑，而且因為每次只有一個光子通過，該光子無法與其他光子發生幹涉，所以不可能會產生幹涉條紋。

但是，實際的實驗結果十分出乎意料——投影板上依舊產生了幹涉條紋！也就是說：每個光子似乎同時通過了兩個縫隙，自己與自己產生了幹涉！

(來源：簡書）

更為奇怪的事情在後面：如果用儀器測量光子到底通過了哪個狹縫，幹涉條紋就會就會消失。引用一位網友的話說：此時，光子似乎能夠知道自己被測量，一旦被測量則它只會從一個縫中通過，沒有幹涉發生，也就沒有了明暗交替的光斑。

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剪不斷，理還亂

再回顧「薛丁格的貓」的實驗，對比可以看出：如果沒有打開盒子（沒有測量），則貓處於一種既死又活的疊加態（光子同時經過雙縫，與自身產生幹涉）。一旦打開盒子進項觀察（進行測量），則貓既死又活的疊加態就會塌縮到要麼死、要麼活的本徵態（光子只會經過一個縫，幹涉條紋消失）。

兩個實驗，一個存在於思想之中，一個是實際實踐所得，但是卻有著不可言說的關係。也許到目前為止，量子的世界仍舊神秘莫測，無論是哥本哈根解釋，還是平行世界理論，都沒有被完全證實。

在這裡，筆者相信：這份神秘，終將不會被永遠保持下去的。。。

（來源：羅福林999的博客）

參考文獻：

[1]百度百科：薛丁格的貓[EB/OL].https://baike.baidu.com/item/薛丁格的貓/554903?fr=aladdin.

[2]13號大王. 楊氏雙縫幹涉實驗與薛丁格的貓[EB/OL].https://www.zhihu.com/question/290859720/answer/472724572.2016-11-22.

[3]百度百科:雙縫實驗[EB/OL].https://baike.baidu.com/item/雙縫實驗/5648320?fr=aladdin.

[4]保護傘突然有一天.雙縫幹涉實驗的量子世界，這個世界我們已經無法理解！[EB/OL].https://baijiahao.baidu.com/s?id=162153625603877752-7&wfr=spider&for=pc.2019-01-02.

來源：中科院半導體所

編輯：Quanta Yuan