量子力學的關鍵謎團,“量子永生”如何拯救“薛定諤的貓”?

引用著名科學家泰勒·德登的話:“在足夠長的時間內,每個人的生存率都降為零”,實際上這不一定。

如果量子多重宇宙是真實且存在的,那麼你的某個“2。0版本”可能會在其他世界永遠存在。

現在,我們一直在研究量子力學的一個關鍵謎團:為什麼我們沒有量子力學帶來的“魔法力量”? 或者,更科學地講,是什麼導致了量子世界這種怪異行為之間的鴻溝,以及在我們的宏觀世界是什麼導致了量子系統其同時存在的過渡階段。

量子力學的關鍵謎團,“量子永生”如何拯救“薛定諤的貓”?

“量子退相干”效應僅能解釋波動函式內各個分支的不交流效應

在許多狀態下同時進行測量時,只有一個清晰的可觀察狀態,並且這是測量問題。我們一直在探索“量子退相干”作為這種量子古典過渡的機制,但是目前為止還沒有誰能夠完成。

今天我們必須退後一步去思考並承認一些非常重要的事情:“量子退相干”本身不能解決測量問題,它僅解釋了為什麼波動函式的各個分支停止互相交流。

(退相干,通俗的稱謂是“波函式坍縮效應”,是量子力學的基本數學特性之一。指的是原本連續分佈的波函式機率幅,在經歷“觀測”之後的瞬間退變為離散分佈於某一特定點的δ函式,狄拉克δ函式,在特定的一個點值為無窮,其餘所有點值為0,整個函式圖形總面積定義為1的現象。誇張地說,退相干效應指的是:當沒有人看月亮時,月亮只以一定機率掛在天上;而當有人看了一眼後,月亮原來不確定的存在性就在人看的一瞬間突變為現實)

量子力學的關鍵謎團,“量子永生”如何拯救“薛定諤的貓”?

波函式系列

為了瞭解這些不同分支發生了什麼,並瞭解其原因,我們將自己處於其中之一的分支,我們需要接受量子的另一種解釋:機械師解釋。

例如,哥本哈根的解釋說,波函式分支在測量時我們沒有觀察到某種消失或“多世界”的解釋,即那些其他分支和我們一樣同樣有效:暗示現實可能以各種可能的方式分裂和繁殖。在那種情況下,因為我們生活在那個分支中,所以我們只看到這一個分支,而其他分支是由於不連貫而無法進行訪問。這些解釋的問題在於,從表面上看,它們似乎不可測試。

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量子糾纏效應

我們永遠無法窺視到其他現實,那麼我們如何知道它們的存在呢?“量子永生”測試可幫助理解其他現實的存在!

在這裡,我們製作一個測試,雖然這不是一個非常有用的測試,但是思考起來卻很有趣。

我們將這種測試稱為“量子永生”,它基於著名的“薛定諤的貓”的思維實驗。原理:貓放在一個不透明的盒子裡,上面放著一小瓶致命的毒藥,該藥被釋放在原子的放射性衰變上,在一定時期內,放射性衰變的可能性是完全隨機的1:1。

在這一段時期內的這段時間裡,時間意味著原子的量子波函式均分,同時伴隨其衰減還有原子,只不過衰減是直到我們觀察到它時才開始衰減。因此,可以肯定的是,貓的波函式也分裂了,此時就存在著貓的兩種形態“死亡狀態”和“生存狀態”,並且這兩種狀態同時存在。

量子力學的關鍵謎團,“量子永生”如何拯救“薛定諤的貓”?

薛定諤的貓示意圖

根據哥本哈根的說法,當物理學家開啟這個“真實的”盒子時,就會產生一個屬於我們世界這個分支的結果,而波函式的另一個分支消失了。

但是在許多世界中,這兩個分支都將永遠持續下去,物理學家的波動函式也分為兩部分,物理學家的兩個版本(平行世界的兩個版本)都互相不知道另一個版本的存在,似乎他們沒有確認波函式另一分支是否存在的方法。

但是有一種測試,一種相當變態的測試:那就是用物理學家替代了盒子中的貓,而不是貓在盒子當中。 然後,將小瓶連線到含有眾多原子的放射性衰變上,因此如果其中任何一個原子腐爛,則小瓶會釋放出“毒藥”。

量子力學的關鍵謎團,“量子永生”如何拯救“薛定諤的貓”?

具體來說,有100個lon 212原子,半衰期為300微秒。因此每個原子在那段時間內有50%的機會衰減。300微秒後,切斷“毒藥”和“物理學家”之間的連線,然後實驗的進行就結束了。

那麼盒子當中“物理學家”倖存的機會是多少? 我猜結果並不會很樂觀,那個原子在300微秒內不會衰減的機會是1:1,但是100個原子當中沒有一個原子衰變的機會基本上為零,為【0。5 ^ 100】。 如果我們每300微秒一遍又一遍地執行此實驗,則需要進行近一百萬倍於整個宇宙的年齡的時間,這才有利於物理學家可能存活一次。

但關鍵是他們無法重複的進行實驗,至少根據哥本哈根的解釋是這樣,這告訴我們,每個量子事件最終只有一個結果,所以“薛定諤的物理學家”實驗只得出了單個結果:隨著“盒子”中毒藥原子的釋放與物理學家的吸收,“物理學家”在盒子當中隨著實驗的進行“死亡”了。

量子力學的關鍵謎團,“量子永生”如何拯救“薛定諤的貓”?

根據哥本哈根的說法,波函式的所有分支除了“絕對死”之外幾乎總是無情地被切斷。但這在“許多世界”中並非如此,根據該函式,波函式的所有分支都將如此。因此,即使在嘗試一次該實驗之後,波函式也會有另一個分支。

如果盒子中的物理學家開啟盒子然後從盒子當中爬了出來,那麼這當然會令他們的實驗室助手大吃一驚,如果物理學家希望他們不要在意這些細節,但著誰知道助手們會不會在意呢,畢竟在盒子當中,物理學家因為吸收“毒藥”釋放的原子而“死亡”了。

這位物理學家現在有很好的證據證明世界是正確的,因為機會生存根據量子力學的任何其他解釋,基本上是零。另一方面,許多世界保證了它們在至少一個分支中有量子波函式的生存。

量子力學的關鍵謎團,“量子永生”如何拯救“薛定諤的貓”?

當然,該測試的問題是:在生存時間表中,10 ^ 30的物理學家一群人所在的實驗當中“死亡”,除了一位幸運的物理學家之外,但沒人知道他是誰,即使在罕見的生存時間表中,其他所有人也可能會承擔實驗性的責任:認為物理學家的“死亡”是因為儀器壞了!這種思想實驗有時被稱為“量子不朽(量子永生)”。

你可以想象,導致死亡的任何過程最終都是一個量子序列事件,在某些時間表上,朝著死亡邁進的那些增量步驟永遠不會發生。在你嘗試自己爬進薛定諤盒子之前,請記住這一點已經透過現有“多世界”的測試。休·埃弗裡特首先提出了“多世界”的解釋,但實際上他相信這種“量子不朽(量子永生)”,以至於他每天抽3包煙、酗酒和不運動,導致其因心臟病發作而死,享年 51歲。

量子力學的關鍵謎團,“量子永生”如何拯救“薛定諤的貓”?

至少在此時間軸上,馬克斯·泰格馬克關於量子永生性提出了一個好觀點:死亡是一種增量過程,而不是單個量子事件。因此,你離其他世界越近,本世界所生存的時間表越少。即使你的波函式中有一些極為罕見的分支使你仍然活著,所以我建議你戒菸,並且無論如何都要在你所住的地方進行運動。

現在,你的意識線將不得不經歷每一個糟糕的未來時間表,還可以嘗試使它們更多。此外,“多世界”觀點可能是錯誤的。