最近看有關(guān)量子論方面的資料
自然不得不看薛定諤的貓
也就是量子物理實(shí)驗(yàn)
話說確實(shí)是很難懂
看的很是頭暈
這周就做個(gè)學(xué)習(xí)筆記吧。
一、基本概念：
"薛定諤的貓"是由奧地利物理學(xué)家薛定諤于1935年提出的有關(guān)貓生死疊加的著名思想實(shí)驗(yàn)，是把微觀領(lǐng)域的量子行為擴(kuò)展到宏觀世界的推演。
這里有一個(gè)必須要認(rèn)識(shí)的概念：觀測(cè)，它是量子行為的一個(gè)現(xiàn)象。微觀物質(zhì)有不同的存在形式，即粒子和波。通常，微觀物質(zhì)以波的疊加混沌態(tài)存在；一旦觀測(cè)后，它們立刻選擇成為粒子。
實(shí)驗(yàn)是這樣的:在一個(gè)盒子里有一只貓，以及少量放射性物質(zhì)。之后，有50%的概率放射性物質(zhì)將會(huì)衰變并釋放出毒氣殺死這只貓，同時(shí)有50%的概率放射性物質(zhì)不會(huì)衰變而貓將活下來。
根據(jù)經(jīng)典物理學(xué)，在盒子里必將發(fā)生這兩個(gè)結(jié)果之一，而外部觀測(cè)者只有打開盒子才能知道里面的結(jié)果 。在量子的世界里，當(dāng)盒子處于關(guān)閉狀態(tài)，整個(gè)系統(tǒng)則一直保持不確定性的波態(tài)，即貓生死疊加。貓到底是死是活必須在盒子打開后，外部觀測(cè)者觀測(cè)時(shí)，物質(zhì)以粒子形式表現(xiàn)后才能確定。
這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)旨在論證量子力學(xué)對(duì)微觀粒子世界超乎常理的認(rèn)識(shí)和理解，可這使微觀不確定原理變成了宏觀不確定原理，客觀規(guī)律不以人的意志為轉(zhuǎn)移，貓既活又死違背了邏輯思維。
二、完整實(shí)驗(yàn)：
薛定諤的貓(Schr?dinger's Cat)是關(guān)于量子理論的一個(gè)理想實(shí)驗(yàn)。
一只貓被封在一個(gè)密室里，密室里有食物有毒藥。毒藥瓶上有一個(gè)錘子，錘子由一個(gè)電子開關(guān)控制，電子開關(guān)由放射性原子控制。如果原子核衰變，則放出阿爾法粒子，觸動(dòng)電子開關(guān)，錘子落下，砸碎毒藥瓶，釋放出里面的氰化物氣體，貓必死無疑。原子核的衰變是隨機(jī)事件，物理學(xué)家所能精確知道的只是半衰期--衰變一半所需要的時(shí)間。如果一種放射性元素的半衰期是一天，則過一天，該元素就少了一半，再過一天，就少了剩下的一半。物理學(xué)家卻無法知道，它在什么時(shí)候衰變，上午，還是下午。當(dāng)然，物理學(xué)家知道它在上午或下午衰變的幾率--也就是貓?jiān)谏衔缁蛘呦挛缢劳龅膸茁?。如果我們不揭開密室的蓋子，根據(jù)我們?cè)谌粘Ｉ钪械慕?jīng)驗(yàn)，可以認(rèn)定，貓或者死，或者活。這是它的兩種本征態(tài)。如果我們用薛定諤方程來描述薛定諤貓，則只能說，它處于一種活與不活的疊加態(tài)。我們只有在揭開蓋子的一瞬間，才能確切地知道貓是死是活。此時(shí)，貓構(gòu)成的波函數(shù)由疊加態(tài)立即收縮到某一個(gè)本征態(tài)。
量子理論認(rèn)為:如果沒有揭開蓋子，進(jìn)行觀察，我們永遠(yuǎn)也不知道貓是死是活，它將永遠(yuǎn)處于半死不活的疊加態(tài)。
三、理論探索：
多世界詮釋
1957年，埃弗萊特提出"多世界詮釋"：指出兩只貓都是真實(shí)的。有一只活貓，有一只死貓，它們位于不同的世界中。問題并不在于盒子中的放射性原子是否衰變，而在于它既衰變又不衰變。當(dāng)我們向盒子里看時(shí)，整個(gè)世界分裂成它自己的兩個(gè)版本。這兩個(gè)版本在其余的各個(gè)方面都是全同的。區(qū)別只是在于其中一個(gè)版本中，原子衰變了，貓死了;而在另一個(gè)版本中，原子沒有衰變，貓還活著。
也就是說，上面說的"原子衰變了，貓死了;原子沒有衰變，貓還活著"這兩個(gè)世界將完全相互獨(dú)立地演變下去，就像兩個(gè)平行的世界一樣。這一詮釋聽起來就像科幻小說，然而……它是基于無懈可擊的數(shù)學(xué)方程，基于量子力學(xué)樸實(shí)的、自洽的、符合邏輯的結(jié)果。
這個(gè)詮釋的優(yōu)點(diǎn)是：薛定諤方程始終成立，波函數(shù)從不坍縮，由此它簡(jiǎn)化了基本理論。它的問題是設(shè)想過于離奇，付出的代價(jià)是這些平行的世界全都是同樣真實(shí)的。這就難怪有人說:"在科學(xué)史上，多世界詮釋無疑是目前所提出的最大膽、最野心勃勃的理論。"
量子相干性
1996年5月，美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所(NIST)的Monroe等人用單個(gè)鈹離子做成了"薛定諤的貓"并拍下了快照，發(fā)現(xiàn)鈹離子在第一個(gè)空間位置上處于自旋向上的狀態(tài)，而同時(shí)又在第二個(gè)空間位置上處于自旋向下的狀態(tài)，而這兩個(gè)狀態(tài)相距80納米之遙!(1納米等于1毫微米)--這在原子尺度上是一個(gè)巨大的距離。
想像這個(gè)鈹離子是個(gè)通靈大師，他在紐約與喜馬拉雅同時(shí)現(xiàn)身，一個(gè)他正從摩天樓頂往下跳傘;而另一個(gè)他則正爬上雪山之巔!--量子的這種"化身博士"特點(diǎn)，物理學(xué)上稱"量子相干性"。在早期的楊氏雙縫實(shí)驗(yàn)中，單個(gè)光粒子即以優(yōu)美的波粒二象性，輕巧地同時(shí)穿過兩條狹縫，在觀察屏上制造出一幅美麗的明暗相干條紋。
薛定諤方程
埃爾溫·薛定諤在20世紀(jì)20年代中期創(chuàng)立了現(xiàn)在被稱為量子力學(xué)分支中的一個(gè)方程。后來被稱之為薛定諤
方程:ψ(x，y，z)+(8πm/h)[E-U(x，y，z)]ψ(x，y，z)=0
量子理論是20世紀(jì)科學(xué)的重大進(jìn)展之一，由于量子力學(xué)對(duì)傳統(tǒng)觀念所帶來的巨大沖擊，連"量子"的提出者在內(nèi)的科學(xué)家都想盡各種辦法拒絕它，或做出各種調(diào)和性的解釋。事實(shí)上，薛定諤就被量子力學(xué)的結(jié)果弄得心神不安，他不喜歡波粒二象性的二元解釋以及波的統(tǒng)計(jì)解釋，試圖建立一個(gè)只用波來解釋的理論。
薛定諤貓態(tài)
美國科學(xué)家宣布，他們成功讓6個(gè)鈹離子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了自旋方向完全相反的宏觀量子疊加態(tài)，也就是量子力學(xué)理論中的"薛定諤貓"態(tài)。
"薛定諤貓"佯謬假設(shè)了這樣一種情況:將一只貓關(guān)在裝有少量鐳和氰化物的密閉容器里。鐳的衰變存在幾率，如果鐳發(fā)生衰變，會(huì)觸發(fā)機(jī)關(guān)打碎裝有氰化物的瓶子，貓就會(huì)死;如果鐳不發(fā)生衰變，貓就存活。根據(jù)量子力學(xué)理論，由于放射性的鐳處于衰變和沒有衰變兩種狀態(tài)的疊加，貓就理應(yīng)處于死貓和活貓的疊加狀態(tài)。這只既死又活的貓就是所謂的"薛定諤貓"。
美國國家標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)研究所的萊布弗里特等人稱，他們已實(shí)現(xiàn)擁有粒子較多而且持續(xù)時(shí)間最長的"薛定諤貓"態(tài)。實(shí)驗(yàn)中，研究人員將鈹離子每隔若干微米"固定"在電磁場(chǎng)阱中，然后用激光使鈹離子冷卻到接近絕對(duì)零度，并分三步操縱這些離子的運(yùn)動(dòng)。為了讓盡可能多的粒子在盡可能長的時(shí)間里實(shí)現(xiàn)"薛定諤貓"態(tài)，研究人員一方面提高激光的冷卻效率，另一方面使電磁場(chǎng)阱盡可能多地吸收離子振動(dòng)發(fā)出的熱量。最終，他們使6個(gè)鈹離子在50微秒內(nèi)同時(shí)順時(shí)針自旋和逆時(shí)針自旋，實(shí)現(xiàn)了兩種相反量子態(tài)的等量疊加糾纏，也就是"薛定諤貓"態(tài)。
怎么樣，看完這些是不是有要崩潰的感覺呢？
量子理論正越來越快的進(jìn)入現(xiàn)實(shí)的人類世界
它已不僅僅是理論物理研究的對(duì)象
大量的商業(yè)公司正在從事這方面的研究
我認(rèn)為用不了多久
全新的世界將會(huì)降臨
