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客观现实是如何从量子力学的各种可能性中显现出来的?这个问题是量子力学最棘手的问题 。 最近 , 物理学家利用粒子物理仪器来验证这样一个想法 , 即量子可能性“坍缩(坍塌)”为单一的经典现实不仅是一种数学上的需要 , 而且是一个真实的物理过程 , 这个想法被称为“物理坍缩” 。 实验没有发现“物理坍塌”的证据 。
现在下结论说“物理坍缩”不会发生还为时过早 。 一些研究人员认为 , 这些实验模型还有改进空间 。 但不管怎样 , 试图解开量子理论最大的谜团还任重道远 。
导致坍塌的原因是什么?
物理坍缩模型旨在解决传统量子理论的一个核心困境 。 1926年 , 薛定谔断言 , 一个量子对象是由一个称为波函数的数学实体描述的 , 波函数封装了关于该对象及其属性的所有信息 。 波函数描述的是一种波 , 但不是物理波 , 而是是一种“概率波” , 它预测了量子对象的各种可能结果 , 以及在给定的实验中观察到其中任何一种结果的概率 。
- 像这样的探测器 , 最初是为中微子研究而设计的 , 现在已经承担了测试物理坍缩理论的任务 。
作为一种特殊的数学技巧 , “波函数坍缩”运行得很好 。 但在一些人看来 , 这似乎是一种令人不满意的“花招” 。 爱因斯坦把它比作“上帝掷骰子” 。 丹麦物理学家尼尔斯·玻尔在哥本哈根解释中声称 , 这个问题是不可回避的 , 物理学家必须承认量子体系和经典体系之间的一个基本区别 。 相反 , 1957年 , 物理学家休·埃弗雷特断言波函数坍缩只是一种幻觉 , 事实上 , 所有的结果都是在无数个平行宇宙中实现的——物理学家现在称之为“多世界解释” 。
物理学家金英旭(Inwook Kim)说 ,
1986年 , 意大利物理学家Giancarlo Ghirardi等人提出了一个解释 。 他们说 , 如果薛定谔的波动方程不是全部呢?他们假设 , 一个量子系统不断受到一些未知因素的影响 , 这些影响可以诱导它自发地跳入可能的可观测状态之一 , 其时间尺度取决于系统的大小 。 一个小的、孤立的系统 , 比如一个处于量子叠加态的原子 , 将在很长一段时间内保持这种状态 。 但更大的物体——比如一只猫 , 几乎瞬间就会坍缩到定义明确的经典状态 。 这是第一个物理坍缩模型(GRW) 。 后来一种改进的模型(CSL)涉及逐渐的、连续的坍缩 , 而不是突然的跳跃 。 这些模型与其说是对量子力学的解释 , 不如说是对量子力学的补充 。
事实是 , 波函数坍缩的根本原因尚不清楚 。
是什么通过波函数坍缩导致了这种自发的“定位”的?20世纪80年代和90年代 , 牛津大学的数学物理学家罗杰·彭罗斯等人提出了一个可能的坍缩原因:引力 。 他们的想法是 , 如果一个量子物体处于多个位置的叠加状态 , 每个位置状态都会通过它们的引力相互作用“感觉”到其他的位置状态 。 就好像这种引力导致物体测量自己 , 迫使它坍缩 。 或者如果从广义相对论的角度来看 , 位置的叠加会同时以两种不同的方式扭曲时空结构 , 这是广义相对论无法“容忍的” 。 正如彭罗斯所说 , 在量子力学和广义相对论的对峙中 , 量子将首先破裂 。
真理的检验
与哥本哈根和埃弗雷特的解释相比 , 物理坍缩模型具有可观察预测的优点——因此是可测试和可证伪的 。
如果确实有一个未知因素的扰动 , 引发了量子坍缩(不管是引力效应还是其他什么) , 那么所有的粒子都将不断地与这个扰动相互作用(不管它们是否处于叠加状态) 。 理论上 , 这些应该是可以检测到的 。 研究人员说 , 这种相互作用应该会类似于布朗运动 。
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