量子四川热点力学随机性被推翻? 放心吧,上帝依然掷骰子

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  耶鲁大学科学家通四川热点过一种高速摄影技术,揭示四川热点了量子跃迁循序渐进的过程。量子跃迁再次成为流行语,并掀起一场关于量子力学学随机性还是连续性的争论。

  量子力学作为理解原子尺度世界的理论,其蕴含有另另四个核心概念极为激进大胆又反直觉,甚至成为了流行语,那并且 “量子跃迁”。量子力学的先驱们大都相信:量子跃迁是“随机的、瞬时的” 。

  一项新的实验表明,事实不想说那末。该研究由耶鲁大学麦克·德沃雷特实验室的研究生兹拉特科·米涅夫等完成,他与同事通过一种高速摄影技术,揭示了量子跃迁循序渐进的过程。你這個成果近日发表在《自然》杂志上。

  实验的意义机会还远不止于此:研究人员利用高速检测系统,在即将标记出量子跃迁的后后,“抓住”它并且 再逆转,将系统恢复到初始情况。

  那末一来,量子物理中不可处里的随机过程,现在被证明是能不能 控制的——亲戚亲戚我门我门我门 真的能不能掌控量子了?

  量子跃迁之争

  与玻尔和海森堡的量子理论不同,薛定谔认为不发生量子跃迁

  上世纪2四川热点0年代中期,物理学家尼尔斯·玻尔、维尔纳·海森堡和同事们建立了量子理论,玻尔首先提出了量子跃迁的概念,但直到上世纪500年代才在实验室中被观察到。这套理论统称为哥本哈根诠释。

  玻尔在早些后后就提出,原子中电子的能级(即能量情况)是量子化的,也并且 说,电子能不能 了使用有些能级,而所有上面能级都被禁止。他假设,电子通过吸收机会释放光量子颗粒即光子来改变当时人的能量,而光子的能量,与允许发生的电子态之间的能隙相匹配。这就解释了为有哪些原子和分子能不能吸收或释放特定波长的光,比如有些含铜盐是浅绿色的,而钠灯则发出黄色的光。

  在玻尔和海森堡着手发展的一套能不能解释量子现象的数学理论中,海森堡列举了所有允许的量子态,暗示有有哪些量子态之间的跃迁是瞬时的、不连续的。瞬时量子跃迁的概念,成为了哥本哈根诠释的有另另四个基本理念。

  并且 ,量子力学的另一位奠基人、奥地利物理学家埃尔温·薛定谔不想说赞同你這個观点。在薛定谔的理论中,他用波函数的波状实体来表示量子粒子,它们的变化是平缓的,随着时间发生连续变化,好比广阔海面上平缓的波浪一般。

  薛定谔认为,真实世界中的事物不想不花有些儿时间就老是大变样,不连续的量子跃迁并且 脑海中的有另另四个幻想。在1952年发表的一篇题为“算不算发生量子跃迁”的文章中,薛定谔坚定地回答:“不发生。”

  二者争论的焦点不仅仅在于薛定谔喜不喜欢老是变化,而在于,玻尔等人的理论声称量子跃迁会随机发生,但说没得为有哪些并且 那个特定时机。这就好像有另另四个那末原困着的结果,无疑是对自然因果律的极大挑战。

  为了深入探究,亲戚亲戚我门我门我门 能不能 了观察到单次的量子跃迁。1986年,有另另四个国际研究团队报告,亲戚亲戚我门我门我门 在受电磁场作用下悬浮的单个原子中观察到了量子跃迁:原子在“亮”态和“暗”态之间来回转换,发生“亮”态时原子会发射有另另四个光子,而“暗”态时则不想随机发射光子;原子在其中某有另另四个情况下保持几十分之一秒到几秒的时间,并且 再次发生跃迁。

  自此后后,亲戚亲戚我门我门我门 又在不同的系统中观测到了并且 的跃迁,有光子在不同量子态之间的转换,能不能 了甲烷汽体材料原子在量子化的磁化情况之间跃迁。5007年,法国的有另另四个科研团队报告发现了一种跃迁,符合亲戚亲戚我门我门我门 所描述的“单个光子从出生、活跃到死亡”的过程。

  在有有哪些实验中,跃迁看上去着实 是老是又随机的,机会即使对量子系统进行监测,谁也说不准有哪些以能不能 了发生跃迁,也那末具体图像显示跃迁的样子。

  捕获量子跃迁

  耶鲁大学的实验不仅能不能 预测跃迁,甚至还能不能 逆转跃迁

  耶鲁大学的你這個实验具体是缘何做的?

  大致说来,亲戚亲戚我门我门我门 使用一种特殊最好的法律妙招间接监测超导人造原子,也并且 用三台微波发生器照射着封闭在铝制三维腔体内的原子,你這個为超导电路开发的双重间接监测最好的法律妙招能不能 使研究人员能不能后后所未有的时延观察原子。亲戚亲戚我门我门我门 发现,每当量子跃迁发生前,能不能 了发生一种微小的光子消失现象,这能不能 被当做是一种预警信号。

  论文的第一作者米涅夫说:“利用你這個现象,不仅能不能 预测跃迁,甚至还能不能 逆转跃迁。”

  研究人员表示,着实 从长期来看,量子跃迁是离散的和随机的,但阻止量子跃迁原困着量子态的演化一定程度上具有了取舍性,而非完整随机;跃迁老是以相同的、可预测的最好的法律妙招从其随机起始点发生。

  研究人员使用的量子系统要比原子大得多,由超导材料制成的线缆构成,有时被称作“人造原子”,机会它们具有离散的量子能态,同类真实原子中的电子态。能态之间的跃迁能不能 通过吸收机会释放有另另四个光子诱导出来,就跟原子中的电子跃迁一样。

  有科学家认为,这项研究机会还能应用于量子计算纠错方面。不过,实验结果的真正价值没得于任何实际应用上,而事关亲戚亲戚我门我门我门 对量子力学体系的认识。

  薛定谔的猫要怎样得救

  通过正确的监测,能不能 观测到一种预警信号并采取行动

  薛定谔的猫悖论,阐释了量子物理中“叠加”的概念(即相反的一种情况能不能 共同发生)和不可预测性:一只猫被放上有另另四个密封垫的盒子中,盒子里有有另另四个放射源,还有一种毒药。若放射性物质有有另另四个原子发生衰变,就会释放毒药。量子物理的叠加理论认为,在人们打开你這個盒子后后,其中的猫既是活的,又是死的,即发生一种情况的叠加态。一旦打开盒子、观察到了猫的死活,其量子态就会立即改变,变成“死”或“活”中的一种。

  耶鲁大学的研究表明,量子跃迁时能不能观测到一种预警信号,这就使得薛定谔那只生死未卜的猫有救了。

  机会原子核的衰变是随机事件,物理学家只知道它衰变的几率,无法知道它在有哪些后后衰变。机会原子核衰变,放出阿尔法粒子,触动电子开关,锤子落下,砸碎毒药瓶,释放出氰化物甲烷汽体,猫就会被毒死。

  机会物理学家不揭开密室的盖子,则猫是死是活的情况就不取舍,发生一种既死又活的叠加态。能不能 了在揭开盖子的一瞬间,能不能确切地知道猫是死还是活。并且 就使得微观的不取舍原理,变成了宏观的不取舍原理。

  耶鲁大学的研究人员在实验中使用的是一种间接的观察最好的法律妙招,你這個技术也正是量子信息领域目前广泛应用的“弱测量”最好的法律妙招,不想扰动被观察对象。研究人员认为,有另另四个粒子的跃迁,既不像后后认为的那样老是,并且 像后后认为的那样随机,量子态的演化在一定程度上具有取舍性而非随机性。理论上,通过正确的监测,能不能 取舍地发现即将来临的灾难预警,并在灾难发生后后采取行动,在预测到原子核衰变的那一瞬间,移开毒药瓶,于是薛定谔的猫得救了。米涅夫说:“原子的量子跃迁有点硬同类火山喷发。从长远来看,它们是完整不可预测的。尽管那末,通过正确的监测,亲戚亲戚我门我门我门 能不能 准确获得即将发生的灾难的预警,并在灾害发生后后对其采取行动。”

  量子力学根基那末受到影响

  论文里明确说明实验结果与量子力学理论符合得很好

  根据冯·诺依曼的总结,量子力学有有另另四个基本的过程,有另另四个是按照薛定谔方程取舍性地演化,并且 是机会测量原困着的量子叠加态随机塌缩。薛定谔方程是量子力学核心方程,它是取舍性的,跟随机性无关。那末量子力学的随机性只来自于测量。

  你這個测量随机性正是让爱因斯坦无法理解的地方,他用了“上帝不想掷骰子”你這個呼告来反对测量随机性。但无数的实验证实,直接测量有另另四个量子叠加态,它的结果并且 随机的。为了处里你這個现象,诞生了量子力学多个诠释,其中主流的有另另四个诠释为哥本哈根诠释、多世界诠释和一致历史诠释。

  哥本哈根诠释认为,测量会原困着量子态塌缩,即量子态瞬间被破坏,随机跌到有另另四个本征态上;多世界诠释认为,每一次测量并且 世界的一次分裂,所有本征态的结果都发生,并且 互相完整独立,干扰能不能 了对方,亲戚亲戚我门我门我门 并且 随机地在某有另另四个世界当中;一致历史诠释引入了量子退相干过程,处里了从叠加态到经典概率分布的现象。并且 在取舍哪个经典概率上,还是回到了哥本哈根诠释和多世界诠释的争论。

  中国科学院量子信息重点实验室李传锋教授告诉科技日报记者,有有哪些诠释预言了同样的物理结果,相互之间不可证伪,那末物理意义并且 等价的,什么都学术界还是主要采用哥本哈根诠释,即用塌缩你這個词代表测量量子态的随机性。

  “耶鲁学者的实验并那末影响到量子力学的根基,即量子力学内在的不取舍性。”李传锋表示,量子跃迁对于波函数一种来说是取舍的,就像有另另四个骰子,很取舍它不机会掷出7点来一样。波函数能不能计算出发生量子态的粒子概率云是要怎样演化的,但一旦涉及测量现象,薛定谔方程就处里不了,唯一的最好的法律妙招并且 计算粒子的概率,如位置概率、动量概率等等。

  “事实上,早在1986年能不能 了研究团队通过实验证实,量子跃迁能不能 了时间。耶鲁大学这次发现量子跃迁不仅能不能 了时间,并且 每次跃迁以能不能 了发出有另另四个预警信号。”李传锋说,这就好比说有当时人要跳远,但那末去预测他有哪些时间起跳,但在向前跳后后,他的身体会前倾,会抬起胳膊前后摆动,并且 这两件事之间发生取舍的因果关系。我希望在他抬胳膊时马上打他一下,他就不跳了。并且 你這個预警信号有哪些后后老是总出 仍然是概率性的,至于网上流传的“推翻量子力学、推翻量子力学不取舍性原理”同类,实验当中根本就那末涉及,况且论文里明确说明实验结果与量子力学理论符合得很好。