斯蒂芬·福斯特，《对话》 信用:Shutterstock 你曾经同时去过不止一个地方吗？如果你比原子大得多，答案是否定的
但是原子和粒子受量子力学规则的支配，在量子力学中，几种不同的可能情况可以同时并存
量子系统受所谓的“波函数”支配:一个描述这些不同可能情况的概率的数学对象
这些不同的可能性可以作为不同状态的“叠加”共存于波函数中
例如，一个粒子同时存在于几个不同的地方，我们称之为“空间叠加”
只有当进行测量时，波函数才会“坍缩”，系统才会处于一个确定的状态
一般来说，量子力学适用于原子和粒子的微小世界
对于它对大型物体意味着什么，目前还没有定论
在今天发表在《光学》杂志上的我们的研究中，我们提出了一个可能一劳永逸地解决这个棘手问题的实验
埃尔温·薛定谔的猫 20世纪30年代，奥地利物理学家埃尔温·薛定谔提出了他著名的思想实验，关于盒子里的一只猫，根据量子力学，它可以同时活着和死了
在里面，一只猫被放在一个密封的盒子里，一个随机的量子事件有50-50的几率杀死它
直到盒子被打开，猫被观察到，猫同时是死的和活的
换句话说，猫在被观察之前是以波函数的形式存在的(有多种可能性)
当它被观察时，它就变成了一个确定的物体
经过多次辩论，当时的科学界就“哥本哈根解释”达成了共识
这基本上说量子力学只能适用于原子和分子，但不能描述更大的物体
结果他们错了
在过去二十年左右的时间里，物理学家已经在由数万亿个原子组成的物体中创造出了量子态——大到足以用肉眼看到
虽然，这还没有包括空间叠加
薛定谔的猫是什么？ 波函数如何变得真实？ 但是波函数是怎么变成“真实”物体的呢？ 这就是物理学家所说的“量子测量问题”
它困扰了科学家和哲学家大约一个世纪
如果有一种机制可以消除大规模物体的量子叠加潜力，它将需要某种方式“干扰”波函数——这将产生热量
如果发现了这样的热量，这意味着大规模的量子叠加是不可能的
如果排除这样的热量，那么很可能大自然不介意任何大小的“量子”
如果是后一种情况，随着技术的进步，我们可以把大的物体，甚至是有知觉的生物，放入量子态
物理学家不知道阻止大规模量子叠加的机制会是什么样子
据一些人说，这是一个未知的宇宙领域
其他人怀疑重力可能与此有关
今年的诺贝尔物理学奖得主罗杰·彭罗斯认为这可能是生物意识的结果
追逐微小的运动 在过去十年左右的时间里，物理学家们一直在狂热地寻找微量的热量，这表明波函数出现了扰动
为了找到这一点，我们需要一种方法来抑制(尽可能完美地)所有其他可能妨碍精确测量的“多余”热源
我们还需要控制一种被称为量子“反向作用”的效应，在这种效应中，观察自身的行为会产生热量
在我们的研究中，我们制定了这样一个实验，它可以揭示大规模物体的空间叠加是否可能
迄今为止，最好的实验都没能做到这一点
这是量子叠加中谐振器的一个例子
红色的波代表波函数
信用:克里斯托弗·贝克，作者提供 用振动的微小光束寻找答案 我们的实验将使用比以前更高频率的谐振器
这将消除冰箱本身的热量问题
和以前的实验一样，我们需要在0
绝对零度以上01开尔文
(绝对零度是理论上可能的最低温度)
由于这种非常低的温度和非常高的频率的结合，谐振器中的振动经历了一个被称为“玻色凝聚”的过程
你可以想象一下，谐振器被冻得太紧了，以至于冰箱里的热量都不能动它，一点也不能动
我们还会使用不同的测量策略，它根本不看谐振器的运动，而是看它的能量大小
这种方法也会强烈地抑制反作用热
但是我们要怎么做呢？ 单个光粒子会进入谐振器，来回反射几百万次，吸收任何多余的能量
它们最终会离开谐振器，带走多余的能量
通过测量出来的光粒子的能量，我们可以确定谐振器中是否有热量
如果热量存在，这将表明一个未知的来源(我们没有控制)干扰了波函数
这意味着叠加不可能大规模发生
一切都是量子的吗？ 我们提议的实验具有挑战性
这不是那种你可以在周日下午随便安排的事情
这可能需要数年的发展、数百万美元和一群熟练的实验物理学家
尽管如此，它可以回答一个关于我们现实的最迷人的问题:一切都是量子的吗？所以，我们当然认为这是值得的
至于把人或猫放入量子叠加——我们真的没有办法知道这将如何影响那个存在
幸运的是，这是一个我们现在不必考虑的问题
来源：由phyica.com整理转载自PH，转载请保留出处和链接！
