薛定谔的猫只能是既死又活？不，现在我们可以拯救它了

来源：互联网 2024-11-12 23:30:51 版权归原作者所有，如有侵权，请联系我们

量子力学是迄今为止人类认识最深刻的物理规律之一，就普通人而言，你可能觉得量子力学离自己很远，但事实上我们每个人都离不开量子力学。

就比如此时此刻你阅读写这篇文章所使用的智能手机就与量子力学有着密切的关系，因为如果没有量子力学，无论是触摸屏还是WIFI，都不可能存在，现代医学更是会倒退超过一个世纪。虽然量子力学给我们的世界带来了如此之多的改变，但反对量子力学的人也是为数众多，有很多科学家都试图寻找到某种理论来推翻量子力学，其中也包括我们所熟悉的爱因斯坦。

那么为什么为有这么多人反对量子力学呢？这是由量子力学难以理解的基础性质所决定的。量子力学的两个核心就是能级分立与随机跃迁。就是说原子的电子存在着不同的能级，如基态、第一激发态、第二激发态，电子可以从基态跃迁至激发态，也可以从激发态跃迁回来，但不可能出现在基态与激发态之间的位置，这就是能级分立。

再者，你无法得知电子何时处于基态，何时会处于激发态，也不知道它会跃迁到第一激发态还是第二激发态，这完全是随机的，这既是量子力学所讲的随机跃迁。

爱因斯坦认为上帝不掷骰子，认为物理不会是完全随机的，电子跃迁的随机性是因为存在着某些我们还不知道的隐变量，如果我们知道了这些隐变量，则能够确定电子的位置。爱因斯坦的说法至今没有任何证据，所以不对量子力学构成任何威胁。奥地利物理学家薛定谔用一个有趣的方式对量子力学的特性进行了描述，也就是我们熟知的“薛定谔的猫”。

一只猫位于一个封闭的箱子里，箱子中有一个毒气瓶和一把受开关控制的锤子，而开关又由放射性元素控制，当放射性元素发生衰变则会触动开关，打碎瓶子，于是猫死亡，若放射性元素未衰变，则猫存活。

衰变是随机发生的，随意只要没有打开箱子，就无法得知猫是死是活，所以箱子里的猫始终处于一种“既死又活”的叠加态。这只猫颇为可怜，所以一直都有物理学家试图拯救它，那么这只猫能够被拯救吗？现在看来是可以的。而拯救者就是耶鲁大学的科研人员，他们进行了一个实验，我们就称之为耶鲁实验。科学家们运用某种方法制造了一个拥有三个能级的“人造原子”，三个能级由低到高分别为：Ground、Dark、Bright。电子可以在Ground与Dark之间发生跃迁，也可以在Ground与Bright之间发生跃迁。

我们知道在量子力学中是无法直接去测量电子处于哪个能级，因为一测量，结果就会改变，就如同那只猫，一打开箱子，它就会坍缩为“死”或“活”的其中一种状态。

虽然我们不能直接去测量Ground与Dark之间的量子跃迁，但是可以通过输入电磁波的方式测量Ground与Bright之间是否发生跃迁，一旦Ground与Bright之间发生了跃迁，那么Ground与Dark之间则不可能发生跃迁，反之，如果Ground与Bright之间没有发生跃迁，那么则说明电子在Ground与Dark之间跃迁。由于量子的随机跃迁在时间上具有阶段特征，所以通过测量就发现在一段时间之内，电子在Ground与Bright之间反复跃迁，之后会相隔较长的一段时间，然后电子又会在Ground与Bright之间反复跃迁，而相隔较长的这段时间就是电子在Ground与Dark之间跃迁的时段。

根据这个测量结果，我们可以预先判断电子是否将要在Ground与Dark之间发生跃迁，因为一旦Ground与Bright之间的跃迁相隔了一段时间没有再次发生，我们就可以知晓Ground与Dark之间的跃迁已经开始，而在之后一段时间之内，仍会是Ground与Dark之间的跃迁。

既然我们可以对量子跃迁进行预测，那么我们也就可以拯救那只猫了，因为我们完全可以在预测猫进入活的阶段时打开箱子，然后就可以确保猫坍缩为“活”的状态。薛定谔的猫能够被拯救是不是代表量子力学被推翻了呢？并不是，要推翻量子力学必须要推翻量子力学的两个基础之一，能级分立或随机跃迁。而耶鲁实验并没有推翻量子的随机跃迁，我们仍然不知道Ground与Dark之间的跃迁会从何时开始，我们只是在跃迁开始以后才知道的，并且做出未来一段时间仍将继续发生跃迁的预警。而预警与预测是两回事，比如我们在没有发生火灾的时候就提前知道下午5点会发生火灾，这个叫做预测。我们在已经着火之后才拉响警报，让大家逃跑避免火势扩大危及生命，这个叫做预警。火灾不可预测，因为它是随机的，量子跃迁也是一样。

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