薛定谔的猫在现实生活中会存在吗？同一时间去多个地方如何？

你有没有在同一时间去过多个地方？如果你比原子大得多，答案是否定的。

但是原子和粒子受量子力学规则的支配，在量子力学中，几种不同的可能情况可以同时共存。

量子系统是由所谓的“波函数”来控制的：一个描述这些不同可能情况的概率的数学对象。

这些不同的可能性可以在波函数中共存，就像所谓的不同状态的“叠加”。例如，一个粒子同时存在于几个不同的地方，我们称之为“空间叠加”。

只有在进行测量时，波函数才会“崩溃”，系统最终处于一个确定的状态。

一般来说，量子力学适用于原子和粒子组成的微小世界。对于大尺寸物体意味着什么还没有定论。

有个研究小组将他们的成果发表在了Optica上，他们提出了一个可以彻底解决这个棘手问题的实验。

薛定谔的猫

在20世纪30年代，奥地利物理学家薛定谔提出了他著名的思考实验，关于盒子里的一只猫，根据量子力学，猫可以同时活着和死去。

薛定谔假定一只猫被放在一个密封的盒子里，在这个盒子里，一个随机的量子事件有一半的几率杀死它。直到盒子被打开并被观察到，猫同时存在活着和死了两种状态。

换句话说，猫在被观察到之前是以波函数的形式存在的（有多种可能性）。当它被观察时，它就变成了一个确定的对象。

经过多次争论，当时的科学界对“哥本哈根解释”达成了共识。这基本上说明量子力学只能应用于原子和分子，但不能描述更大的物体。

结果他们错了。

在过去的二十年左右，物理学家已经在由数万亿个原子组成的物体中创造了量子态，这些原子大到可以用肉眼看到。不过，这还不包括空间叠加。

波函数是如何变为真实的呢？

这就是物理学家所说的“量子测量问题”。它使科学家和哲学家困惑了大约一个世纪。

如果有一种机制可以消除大尺寸物体的量子叠加势，那就需要以某种方式“干扰”波函数，而这将产生热量。

物理学家不知道阻止大规模量子叠加的机制是什么样子。据一些人说，这是一个未知的宇宙场。其他人怀疑重力可能与它有关。

今年诺贝尔物理学奖得主罗杰·彭罗斯认为，这可能是生命意识的结果。

如果找到了阻止大规模量子叠加的机制，那人类实现瞬移等科幻电影里的场景就随手拈来了。

追逐细微的运动

在过去的十几年里，物理学家们一直在狂热地寻找一种能表明波函数受到扰动的微量热量。

为了找出这一点，研究小组需要一种能够抑制（尽可能完美地）所有其他可能妨碍精确测量的“过剩”热源的方法。

研究小组还需要控制一种被称为量子“反作用”的效应，在这种效应中，观察本身会产生热量。

研究小组设计了这样一个实验，它可以揭示空间叠加对于大尺度物体是否可行。迄今为止最好的实验还没有达到这个目的。

用振动的小光束寻找答案

研究小组的实验将使用比以前使用的频率更高的谐振器。这将消除冰箱本身的热量问题。

和以前的实验一样，研究小组需要在绝对零度以上0.01开尔文的温度下使用冰箱。（绝对零度是理论上可能的最低温度）。

由于这种极低温度和极高频率的结合，谐振器中的振动经历了一个称为“玻色凝聚”的过程。

你可以想象这是因为谐振器冻结得如此牢固，以至于冰箱里的热量无法左右它。

研究小组还将使用一种不同的测量策略，根本不看谐振器的运动，而是看它有多少能量。这种方法也能很好地抑制反作用热。

光的单个粒子将进入谐振器并来回反弹几百万次，吸收任何能量。它们最终会离开谐振器，带走多余的能量。

通过测量出光粒子的能量，研究小组可以确定谐振器中是否有热。

如果存在热量，这将表明一个未知的来源已经干扰了波函数。同时这也意味着不可能发生大规模的叠加。