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杀死“薛定谔猫”的,或许并非引力假说

这是量子理论中最乖僻的准则之一:粒子能够一同存在于两个方位,但咱们只能在这里或那里看到它。

在闻名的 “薛定谔猫” 这一思维试验中,在试验者翻开箱子调查内部状况之前,试验者无法确认箱子内的猫终究是生是死,而猫的这种 “存亡叠加态” 则会在试验者对箱子内部的状况进行调查后,坍缩为 “生” 或“死”这两种确认的状况。

依据量子力学,虽然像 “薛定谔的猫” 这样的事在微观世界里无时无刻不在产生着,但物理学家们关于 “终究是什么导致一个事物的状况能从一种叠加态坍缩为一个确认的状况” 却至今也还没有答案。

物理学家曾提出一种引力假说来做出解说,但依据意大利格兰萨索国家试验室的一项研讨,引力不太或许是量子坍缩的原因。

让咱们从理论界一向存在的争议说起。关于叠加态坍缩,前面说到的 “调查论” 在各种群众解读中名望最高,它以为,人的调查导致被调查事物的叠加态产生坍缩;但物理学界曾普遍以为,“引力论”才是最有或许对此进行解说的一种理论,即以为导致粒子状况产生坍缩的首要原因是引力,而非试验者的“调查”。

引力论的理念最早由匈牙利物理学家 Károlyházy Frigyes 和 Lajos Diósi 于上世纪后半叶提出,以为任何事物的引力场都不受量子力学的约束,使得事物很难一向以 “叠加态” 的方法存在。

举例来说,假设一个粒子能以叠加态的方法一同存在于 A 点和 B 点,该粒子的引力场便也会以叠加态的方法一同存在于 A 点和 B 点,但引力场会因不能长期接受这种叠加态为其带来的 “张力” 而首先坍缩,从而导致粒子的叠加态坍缩。

上世纪 80 时代,闻名数学家罗杰 · 彭罗斯正式将 “引力论” 用于解说量子物理中事物叠加态的坍缩,并因这种解说消除了 “坍缩是以人的调查为中心产生的” 这种或许,完全将坍缩归为了物理内部的一个进程,而被物理学界以为是“最有或许成功的解说之一”。

虽然该解说此前曾一向因 “无法被试验验证” 而饱尝诟病,但依据一篇 9 月初宣布在《天然 · 物理学》上的研讨,Lajos Diósi 和其搭档现已成功对该解说进行了开始的查验,成果以为 “引力论” 好像并非形成粒子叠加态坍缩的首要原因。

研讨凭借的原理为,粒子所在的状况从叠加态坍缩为确认态时,粒子自身会产生 “随机性的” 转向,从而是包含其的热力学系统变热,而假设粒子自身带电,它就会在旋转时向外辐射出光子。别的,多个受同一引力场影响的粒子也会以同步的方法一同向外辐射光子,而假设试验能观测到的光子数与彭罗斯的理论预期相符,那粒子叠加态的坍缩就很有或许是由引力形成,而非其它要素。

试验中,研讨人员将一个咖啡杯巨细的锗晶体用作勘探器,经过其与 X 射线和伽马射线的相互作用,从锗原子核中的质子中检索过量的 X 射线和伽马射线。用作勘探器的锗晶体自身被铅包裹,埋在坐落意大利中部的格兰萨索国家试验室地下 1.4 公里处,以使其免受外界搅扰。

依据论文,研讨者终究在 2014 年和 2015 年的两个月中调查到了一共 576 个光子,与天然产生的辐射所能产生的光子数量附近。相比之下,彭罗斯的模型以为,假设引力是形成粒子状况坍缩的首要原因,咱们应该能观测到约 7 万个辐射出的光子才对。

图 | 进行试验的格兰萨索国家试验室

论文作者之一、意大利国家核物理研讨院 C?t?lina Curceanu 表明,虽然试验自身并没有扫除其它或许形成粒子状况坍缩的要素,仅仅对它们做了一些约束,但试验成果意味着引力很或许并非形成粒子状况坍缩的首要原因。

别的,在实际操作中,研讨人员需求直接给定粒子的叠加态才干查验成果。

南安普顿大学物理学家 Ivette Fuentes 说:“理论上,咱们应该能制造出许多粒子同享的一个叠加态。”现在,Fuentes 的团队正致力于在挨近绝对零度的环境中制备出包含 1 亿个钠原子的原子云。

虽然彭罗斯自己对 Fuentes 的研讨颇感兴趣,但他以为他改善后的模型或许在可预见的未来仍然会坚持 “不可被验证” 的状况,原因是即便粒子状况的坍缩真由引力形成,为了不违背热力学规律,这一进程也不会向外放热或放出辐射,导致其不可被勘探。

罗格斯大学理论物理学家 Maaneli Derakhshani 以为,即便能被检测到,包含锗质子与电子间的相互作用在内的一些要素或许也会掩盖 “引力导致坍缩产生” 的信号。他说:“假设引力真是导致粒子叠加态产生坍缩的首要原因,那其背面所躲藏的机理应该也会远比彭罗斯的模型更为杂乱才对。”

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