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量子力学随机性被推翻？ 放心吧，上帝依然掷骰子( 二 )

量子


耶鲁大学的这个实验具体是怎么做的？
大致说来 ， 他们使用一种特殊方法间接监测超导人造原子 ， 也就是用三台微波发生器照射着封闭在铝制三维腔体内的原子 ， 这种为超导电路开发的双重间接监测方法可以使研究人员能够以前所未有的效率观察原子 。他们发现 ， 每当量子跃迁发生前 ， 都会发生一种微小的光子消失现象 ， 这可以被当做是一种预警信号 。
论文的第一作者米涅夫说：“利用这个现象 ， 不仅可以预测跃迁 ， 甚至还可以逆转跃迁 。”
研究人员表示 ， 虽然从长期来看 ， 量子跃迁是离散的和随机的 ， 但阻止量子跃迁意味着量子态的演化一定程度上具有了确定性 ， 而非完全随机；跃迁总是以相同的、可预测的方式从其随机起始点发生 。
研究人员使用的量子系统要比原子大得多 ， 由超导材料制成的线缆构成 ， 有时被称作“人造原子” ， 因为它们具有离散的量子能态 ， 类似于真实原子中的电子态 。能态之间的跃迁可以通过吸收或者释放一个光子诱导出来 ， 就跟原子中的电子跃迁一样 。
有科学家认为 ， 这项研究可能还能应用于量子计算纠错方面 。不过 ， 实验结果的真正价值不在于任何实际应用上 ， 而事关我们对量子力学体系的认识 。
薛定谔的猫如何得救
通过正确的监测 ， 可以观测到一种预警信号并采取行动
薛定谔的猫悖论 ， 阐释了量子物理中“叠加”的概念（即相反的两种状态可以同时存在）和不可预测性：一只猫被放在一个密封的盒子中 ， 盒子里有一个放射源 ， 还有一种毒药 。若放射性物质有一个原子发生衰变 ， 就会释放毒药 。量子物理的叠加理论认为 ， 在有人打开这个盒子之前 ， 其中的猫既是活的 ， 又是死的 ， 即处于两种状态的叠加态 。一旦打开盒子、观察到了猫的死活 ， 其量子态就会立即改变 ， 变成“死”或“活”中的一种 。
耶鲁大学的研究表明 ， 量子跃迁时能够观测到一种预警信号 ， 这就使得薛定谔那只生死未卜的猫有救了 。
由于原子核的衰变是随机事件 ， 物理学家只知道它衰变的几率 ， 无法知道它在什么时候衰变 。如果原子核衰变 ， 放出阿尔法粒子 ， 触动电子开关 ， 锤子落下 ， 砸碎毒药瓶 ， 释放出氰化物气体 ， 猫就会被毒死 。
如果物理学家不揭开密室的盖子 ， 则猫是死是活的状态就不确定 ， 处于一种既死又活的叠加态 。只有在揭开盖子的一瞬间 ， 才能确切地知道猫是死还是活 。这样就使得微观的不确定原理 ， 变成了宏观的不确定原理 。
耶鲁大学的研究人员在实验中使用的是一种间接的观察方式 ， 这个技术也正是量子信息领域目前广泛应用的“弱测量”方法 ， 不会扰动被观察对象 。研究人员认为 ， 一个粒子的跃迁 ， 既不像之前认为的那样突然 ， 也不像之前认为的那样随机 ， 量子态的演化在一定程度上具有确定性而非随机性 。理论上 ， 通过正确的监测 ， 可以确定地发现即将来临的灾难预警 ， 并在灾难发生之前采取行动 ， 在预测到原子核衰变的那一瞬间 ， 移开毒药瓶 ， 于是薛定谔的猫得救了 。米涅夫说：“原子的量子跃迁有点类似于火山喷发 。从长远来看 ， 它们是完全不可预测的 。尽管如此 ， 通过正确的监测 ， 我们可以准确获得即将发生的灾难的预警 ， 并在灾害发生之前对其采取行动 。”
量子力学根基没有受到影响
论文里明确说明实验结果与量子力学理论符合得很好
根据冯⋅诺依曼的总结 ， 量子力学有两个基本的过程 ， 一个是按照薛定谔方程确定性地演化 ， 另一个是因为测量导致的量子叠加态随机塌缩 。薛定谔方程是量子力学核心方程 ， 它是确定性的 ， 跟随机性无关 。那么量子力学的随机性只来自于测量 。
这个测量随机性正是让爱因斯坦无法理解的地方 ， 他用了“上帝不会掷骰子”这个比喻来反对测量随机性 。但无数的实验证实 ， 直接测量一个量子叠加态 ， 它的结果就是随机的 。为了解决这个问题 ， 诞生了量子力学多个诠释 ， 其中主流的三个诠释为哥本哈根诠释、多世界诠释和一致历史诠释 。


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