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“薛定谔的猫”有了新答案?日本物理学家称可让猫“死而复生”

2019-11-08 16:03:10 来源:前瞻网

“薛定谔的猫”有了新答案?日本物理学家称可让猫“死而复生”

薛定谔的猫是1种著名的以猫为基础的思惟实验,它描写了亚原籽粒子的神秘行动。

假定中,猫和1个毒气装置被放在1个黑盒子里,毒气装置有50%的可能性被随机打开,在观测者打开盒子之前,他永久不知道猫是处于活的状态还是死的状态,因而猫处于二者的叠加态,正如亚原籽粒子同时会以多种状态叠加存在。

10月1日发表在《新物理学杂志》(the New Journal of Physics)上的1项研究描写了1种既能观测到猫,又不会肯定其状态的方法。

通过这样做,它增进了科学家对物理学中最基本的悖论之1的理解。

在我们这个普通的、宏观的世界里,视察1个物体仿佛不会改变它的状态。但如果把视察的尺度足够放大,就不是这样了。

该研究的第1作者、日本广岛大学物理学副教授霍尔格·霍夫曼说:“我们通常认为,我们为视察所付出的代价是微不足道的。”

“这是不正确的。为了视察,你必须有光,而光会改变物体。”

这是由于即便是1个光子也会将能量从你所看到的物体中转移出去或转移到它身上。

霍夫曼和当时在广岛大学(Hiroshima University)做访问本科生、现在在印度理工学院孟买分校(Indian Institute of Technology Bombay)工作的卡尔蒂克·派特卡尔(Kartik Patekar)想知道,有无1种方法可让人们在不“付出代价”的情况下视察事物。

他们得出了1个数学框架,这个框架将最初的互动(视察猫)和读数(知道猫是死是活)辨别开来。

“我们的主要动机是非常仔细地视察量子丈量是如何产生的,”霍夫曼说,“关键是我们把丈量分为两个步骤。”

通过这样做,Hoffman和Patekar能够假定所有参与初始相互作用、或因视察而产生的光子都被捕获了,而没有丢失关于猫的状态的任何信息。

所以在读数之前,所有关于猫的状态(和视察是如何改变它的)的信息都是可用的。只有当我们读取信息时,我们会失去1些。

霍夫曼说:“有趣的是,读取进程会选择这两种信息中的1种,然后完全抹去另外一种。”

下面是他们如何用薛定谔的猫来描写他们的工作。

他们假定猫还在箱子里,但与其向箱子里视察猫是死是活,不如在箱子外面架设1台能拍到箱内照片的相机 (为了思惟实验,疏忽了1个事实,那就是物理上这样的相机不工作)。

1旦照片被拍摄下来,相机就会有两种信息:猫是如何由于被拍摄照片而改变的(研究人员称之为量子标记),和在互动以后猫是死是活。这些信息都还没有丢失。

取决于你如何选择“发展”图象,你检索其中1个或另外一个信息。

霍夫曼在接受Live Science杂志采访时表示,就像抛硬币1样。你可以选择是知道1枚硬币是被抛了或其现在是正面还是反面。但你不可能二者都知道。

更重要的是,如果你知道1个量子系统是如何变化的,如果这个变化是可逆的,那末就有可能恢复它的初始状态(如果是硬币,你可以把它抛回去)。

“你总是要先干扰系统,但有时你可以撤消它,”霍夫曼说。

就猫而言,这意味着拍1张照片,但不是把它冲洗出来看清楚,而是让猫恢复到死而复生的状态。

重要的是,读数的选择需要在丈量的分辨率和干扰之间进行权衡,2者是完全相等的。

分辨率是指从量子系统中提取了多少信息,而扰动是指系统产生了多少不可逆的变化。换句话说,你越了解猫确当前状态,你就越没法挽回地改变它。

霍夫曼说:“我发现使人惊讶的是,消除干扰的能力与你视察到的信息(或丈量到的物理量)有多少直接相干。”

“这里的数学是相当精确的。”

澳大利亚国立大学(Australian National University)的理论物理学家迈克尔·霍尔(Michael Hall)在电子邮件中表示,虽然之前的研究指出了在量子丈量中分辨率和干扰之间的权衡,但这篇论文是第1次对确切的关系进行了量化。

“据我所知,之前的研究结果中,没有1个是关于分辨率和扰动的确切的等式,”Hall说,他没有参与这项研究。

“这使得论文中的方法非常简洁。”

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