量子世界里著名的“养猫人”,你只知道薛定谔?

提起量子 , 常常使人困惑 , 似乎在量子世界中 , 一切皆可以发生 , 颠覆了我们很多日常经验 。
比如 , 一个微观粒子可以具有“分身术” , 在同一个时间里 , 它可能在很多不同的地方现身 , 又可以在同一时间“坍缩”到一个点上;微观粒子还有“遁空术” , 电子能在瞬间“隔空跳跃”(推荐阅读→要迟到了 , 基于量子纠缠的“瞬移”了解一下?);量子事件还可以没有因果关系 , 我们认为一个后来的“结果事件”应该受到“原因事件”的影响 , 而在量子世界中 , 因果关系被倒置了 , 事情的后果可能影响到产生后果的原因 。
了解的越多 , 就会越觉得它们神奇 , 越是令人感到混乱 , 就越觉得它们充满着魅力 。
著名的丹麦物理学家、量子力学的创始人之一尼尔斯·玻尔曾说:“如果量子力学还没有深刻地震撼你 , 那你就还没有弄懂它 。”

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尼尔斯·玻尔
“惠勒猫”
1978年1月28日 , 著名的美国物理学家约翰·惠勒(J. A. Wheeler)所撰写的《量子理论基础》面世 , 在书里 , 惠勒提出了一个著名的假想实验——“延迟选择实验” , 实验结果之诡谲令人称奇 , 人们把它与“薛定谔的猫”并称 , 叫它“惠勒猫” 。
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约翰·惠勒
像薛定谔猫假想实验一样 , “惠勒猫”实验涉及的是微观粒子的量子性质 , 似乎其中每一步都没有问题 , 但它一步步地引出了令人意想不到的结果 , 把人们在日常生活里所建立的因果关系完全颠倒了过来 。
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图源:网络
一开始 , 因为这个实验在一部书里讨论 , 又具有假想的性质 , 并没有引起多少注意 。
到了第二年 , 即1979年的3月14日 , 纪念爱因斯坦百年诞辰的研讨会上 , 惠勒当众把这个实验再度提了出来 , 并补充了更为具体的方案 , 这就是著名的惠勒“延迟选择实验”(delayed choice experiments) 。
惠勒认为 , 通过这个实验 , 可以证实在量子水平上 , 现在做的事情会对以前发生的事产生影响 , 即一件事情的后果可以影响到发生这个事件之前的原因 , 也就是“后果”影响到“前因” 。
这本是咄咄怪事 , 但在量子事件中 , 却又无懈可击 。惠勒的这个实验终于引起了人们的注意 。
惠勒一生的研究与贡献
1911年 , 惠勒出生于美国佛罗里达州 , 1933年毕业于约翰霍普金斯大学 , 取得了博士学位后 , 来到哥本哈根大学师从玻尔 。
1938年至1976年 , 惠勒在普林斯顿大学担任物理学教授 。在这里 , 他与爱因斯坦结识 , 并再度与玻尔合作研究核物理 。惠勒在物理学多个领域中都有着重要的贡献 , 但他的名气却远不如曾与他合作的玻尔 , 也不如同事爱因斯坦 , 甚至还不如他的学生费曼 。在宇宙学家霍金成名之后 , 世人被“黑洞”所吸引 , 却很少有人知道 , 最早提出“黑洞”概念与黑洞理论的是惠勒 。
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黑洞 概述图 图源:百度百科
惠勒在引力论、相对论和宇宙学方面都有着深度的研究 。1967年 , 在纽约的一次会议中 , 惠勒首先提出黑洞概念 , 他认为这是巨大星体死亡时所形成的一个特殊的时空奇点 , 由于高质量密度与强引力 , 使这一时空点具有非常奇异的性质 。在以后的研究中 , 他又陆续提出“虫洞”“真子”(geons)和“量子泡沫”等概念 , 它们都成为宇宙学研究中的经典概念 。
除此以外 , 惠勒还与玻尔合作 , 揭示出了核裂变的机制 。他不仅参与了曼哈顿工程 , 还是美国第一个氢弹装置的主要设计者 。
在晚年 , 惠勒更是爱因斯坦重要伙伴 。经惠勒之手 , 培养出了包括著名物理学家费曼在内的几代美国物理学家 。他先后指导过50多位博士生 , 他们绝大多数成为美国 , 甚至世界各个前沿学科领域的开拓者和著名专家 , 可以毫不夸张地说 , 在美国宇宙和天体物理领域中 , 从事一线研究的相当一部分专家都是他的学生 。


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