#健闻登顶计划##薛定谔的猫# 薛定谔的猫又大了——科学家创造出史上最大的量子叠加态!如果说过去一个多世纪里,量子力学最让人不安的地方,是它只在微观世界成立,那么最新的一项实验正在不断“放大”这个不安。
物理学家们刚创造出迄今为止尺度最大的量子叠加态——一个由数千个原子组成的物体,在实验中同时表现出波与粒子的双重特性。换句话说,薛定谔的猫又“变大了”!
一个前所未有的“大”量子系统:这项研究由维也纳大学完成,并发表在国际科学权威杂志《自然》上。
研究人员使用的是钠金属原子团簇:每个团簇由约7000个原子构成,直径约8纳米,质量接近蛋白质或小型病毒颗粒。
在实验中,这些团簇并没有像我们熟悉的宏观物体那样,沿着一条确定路径运动(如台球);相反,它们像“波”一样扩散,同时沿着多条彼此分离的空间路径传播,最终产生了可被探测的干涉图样。这正是量子力学最典型、也最“反直觉”的行为。
为什么这件事重要?量子理论本身从未规定叠加态只能存在于“很小的尺度”。但现实世界中,我们从未见过桌子、猫或人类表现出明显的量子叠加行为。
于是,一个长期悬而未决的问题出现了:量子世界和现实世界之间,是否存在一个明确的“尺寸或质量分界线”?这项实验给出的答案是:至少在由数千个原子构成的系统中,量子力学仍然完全有效。换言之,量子行为并没有在“稍微复杂一点”的尺度就自动消失。
不只是基础物理,也关乎技术未来:这一结果并不只是哲学意义上的。未来的量子技术——尤其是量子计算——需要在大量物理对象中维持统一的量子态。如果自然界在某个尺度上会“强制让系统坍缩为经典状态”,而这个尺度又小于量子计算所需的规模,那么整个技术路线都将受到根本性限制。
正因如此,科学家必须不断把实验对象“做大”,用实验而不是假设,去测试量子力学的适用范围。
“薛定谔的猫”到底是什么意思?1935年,奥地利物理学家Erwin Schrödinger提出了著名的“薛定谔的猫”思想实验。薛定谔说:把一只猫关进盒子,生死取决于一个量子原子(盒子里有同位素和一瓶毒气,同位素衰变触发毒气释放,猫就死了)。如果你坚持说“没看之前,原子既衰变又没衰变”,那你就得承认——盒子里的猫,在你打开之前,既死又活。
他说这话不是为了显得玄,而是想提醒你:如果一个理论让猫都说不清楚,那可能是你把理论理解得太字面了。需要强调的是:薛定谔并不是在说猫真的会同时活着又死去。他真正想指出的是一个问题:如果把量子叠加态的解释不加区分地套用到宏观世界,会产生荒谬的结论。
因此,“薛定谔的猫”并不是对量子力学的否定,而是对如何理解量子力学的质疑。
这项新研究并没有制造出一只“量子猫”。但它清楚地表明:量子叠加态可以存在于比我们过去认为的更大、更复杂的物体中。也正因为如此,人们才会说:薛定谔的猫,又大了一圈。
