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量子力學(xué)框架中的多世界解釋與薛定諤的貓

發(fā)布時(shí)間:2013-11-18

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??? 針對(duì)薛定諤的貓思想實(shí)驗(yàn),科學(xué)家進(jìn)行多種驗(yàn)證,1996年,美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)學(xué)院科學(xué)家成功實(shí)現(xiàn)了單原子(鈹)級(jí)相干實(shí)驗(yàn),設(shè)定兩個(gè)相干態(tài)的波包模擬處于即死又活的貓。

??? 美國(guó)量子物理學(xué)家休·埃弗雷特提出的多世界詮釋被認(rèn)為屬于第三類(lèi)平行宇宙, 從量子力學(xué)的角度看,此類(lèi)平行宇宙發(fā)生的每一個(gè)事件都會(huì)產(chǎn)生無(wú)數(shù)個(gè)可能性事件的宇宙,在埃弗雷特看來(lái),在測(cè)量過(guò)程中,初始狀態(tài)波函數(shù)所存在的宇宙“分裂” 成許多個(gè)相互不可觀測(cè)的,卻又同樣真實(shí)的宇宙分支,每一次測(cè)量只會(huì)產(chǎn)生一個(gè)結(jié)果,各個(gè)分支宇宙中的結(jié)果顯然是不同的。由埃弗雷特首次的EWG詮釋就是在尋 求量子力學(xué)體系的內(nèi)在解釋?zhuān)^察者是孤立系統(tǒng)的內(nèi)在組分,也是波函數(shù)的描述對(duì)象。

2001年,美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)教授Max Tegmark在紀(jì)念量子發(fā)現(xiàn)一百周年時(shí)發(fā)表了一篇文章,他認(rèn)為根據(jù)退相干理論以及最新的實(shí)驗(yàn)表明多世界詮釋可以取代正統(tǒng)的哥本哈根解釋?zhuān)橇孔恿W(xué)的最 新詮釋。多世界詮釋一共經(jīng)歷了三個(gè)發(fā)展階段:第一,1957年埃弗雷特發(fā)表了《量子力學(xué)的相關(guān)態(tài)解釋》;第二,1973年《量子力學(xué)多世界解釋》和 1999年《心與世界的量子力學(xué)》;第三,2007年在牛津大學(xué)舉行的埃弗雷特50年之量子力學(xué)解釋會(huì)議。

由埃弗雷特首創(chuàng)的量子力學(xué)多世界解釋?zhuān)‥WG理論)需要在數(shù)學(xué)體系的指導(dǎo)下形成詮釋?zhuān)@就要求EWG理論要消除經(jīng)典觀察者,對(duì)此,埃弗雷特導(dǎo)入了兩個(gè)基礎(chǔ)假 設(shè),第一個(gè)是復(fù)雜性假設(shè),該理論認(rèn)為世界是足夠復(fù)雜的,可以分解成單一的系統(tǒng);第二個(gè)是純波動(dòng)力學(xué),可提供數(shù)學(xué)模型給予支持。在多世界理論中,觀測(cè)者被認(rèn) 為是孤立系統(tǒng)與其他子系統(tǒng)之間相互作用“連接系統(tǒng)”,而無(wú)數(shù)個(gè)“可能性”世界并非抽象的,而是與我們所處世界擁有相同的真實(shí)性和客觀性,德威特曾經(jīng)評(píng)價(jià)過(guò) “世界分裂”的觀點(diǎn),他認(rèn)為由于無(wú)數(shù)系統(tǒng)之間的相互作用導(dǎo)致了宇宙正在不斷地分裂出令人驚訝的“分支”,每一個(gè)分支都對(duì)應(yīng)著一個(gè)與我們宇宙極為相似的時(shí) 空。

從宇宙學(xué)的角度上看,多世界解釋闡釋了量子測(cè)量過(guò)程中形成的波包坍縮,對(duì)此,埃弗雷特重新給出了量子力學(xué)的相關(guān)態(tài)的表述,并認(rèn)為所有的孤立系統(tǒng)演化都遵循著薛定諤方程,而波函數(shù)是不發(fā)生坍縮的。在復(fù)合系統(tǒng)疊加態(tài)中,每一個(gè)觀察者都可以 感知到一個(gè)確定的結(jié)果,波函數(shù)的坍縮看似是在一個(gè)主觀水平上發(fā)生,但是觀測(cè)者只感知到一個(gè)確定的結(jié)果。1970年,海德伯格大學(xué)科學(xué)家首次闡述了退相干理 論,該理論解釋了系統(tǒng)波函數(shù)之間各分支相干性破壞,當(dāng)測(cè)量?jī)x器與觀測(cè)者相互作用之后,就會(huì)出現(xiàn)退相干過(guò)程。

多世界解釋中提到“分裂”一詞,這個(gè)說(shuō)法被逐漸用平行并完全的世界來(lái)取代,這些無(wú)數(shù)衍生出來(lái)的平行宇宙在相同的時(shí)間和空間中并存,按照多世界理論的解釋?zhuān)瑢?shí) 驗(yàn)觀測(cè)可以形成無(wú)數(shù)平行宇宙,比如其中一個(gè)平行宇宙中的實(shí)驗(yàn)對(duì)象依然存活,另一個(gè)平行宇宙中的實(shí)驗(yàn)對(duì)象已經(jīng)死亡,此類(lèi)最著名的案例為薛定諤的貓實(shí)驗(yàn),這個(gè) 思想實(shí)驗(yàn)揭示了量子力學(xué)世界中的神奇一面,薛定諤將輻射原子的可能衰變與一只貓的命運(yùn)聯(lián)系起來(lái),由于輻射原子可能衰變也可能不衰變,因此這只貓就處于即死 又活的狀態(tài)中。

埃弗雷特認(rèn)為宇宙間的相互疊加在波函數(shù)確定之前就存在無(wú)數(shù)種可能性,它 們之間是相互平行的,觀察者的出現(xiàn)并不是讓發(fā)生的概率出現(xiàn)變化,而是從無(wú)數(shù)種可能性空間中選擇了一種,就如同無(wú)數(shù)波函數(shù)疊加態(tài)一樣,由此形成的平行宇宙數(shù) 量是非??捎^的,估計(jì)的數(shù)字為10的100次方個(gè)。針對(duì)薛定諤的貓思想實(shí)驗(yàn),科學(xué)家進(jìn)行多種驗(yàn)證,1996年,美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)學(xué)院科學(xué)家成功實(shí)現(xiàn)了單 原子(鈹)級(jí)相干實(shí)驗(yàn),設(shè)定兩個(gè)相干態(tài)的波包模擬處于即死又活的貓。2000年,紐約州立大學(xué)石溪分校研究小組運(yùn)用一個(gè)無(wú)耗散效應(yīng)的超導(dǎo)環(huán)成功模擬“死貓”和“活貓”的疊加態(tài)。

薛定諤的貓作為一個(gè)微觀與宏觀的糾纏態(tài),將微觀原子的衰變與 不衰變狀態(tài)與宏觀貓的死活狀態(tài)相聯(lián)系,其對(duì)于理解量子力學(xué)中量子態(tài)的非定域性十分重要,此外,對(duì)于理解量子測(cè)量中瞬間波包坍縮也是非常有幫助的。在現(xiàn)實(shí)生 活中,退相干效應(yīng)的存在,在量子與經(jīng)典物理介質(zhì)過(guò)渡的領(lǐng)域,量子物理學(xué)則還原為經(jīng)典物理。

在 2007年,埃弗雷特50年量子力學(xué)解釋的國(guó)際會(huì)議上,科學(xué)家認(rèn)為多世界解釋并不違背哥本哈根解釋?zhuān)皇菑囊粋€(gè)不同于哥本哈根解釋的角度與完善量子宇宙。 2007年,科學(xué)家在研究宇宙微波背景輻射(CMB)信號(hào)時(shí)發(fā)現(xiàn)了巨大的宇宙冷斑,暗示了我們的宇宙之外還存在平行宇宙,根據(jù)最新計(jì)算結(jié)果,平行宇宙或處 于其他維度的時(shí)空中,彼此相距為1毫米。