他的经营方式非常古老和传统。人坐在门内，货物摆在门外，不吆喝，不还价，晚上也不收摊。你无论什么时候从这儿经过，都会看到他在竹椅上躺着，手里是一只半导体，身旁是一把紫砂壶。
他的生意也没有好坏之说。每天的收入正够他喝茶和吃饭。他老了，已不再需要多余的东西，因此他非常满足。
一天，一个文物商人从老街上经过，偶然看到老铁匠身旁的那把紫砂壶，因为那把壶古朴雅致，紫黑如墨，有清代制壶名家戴振公的风格。他走过去，顺手端起那把壶。
壶嘴内有一记印章，果然是戴振公的。商人惊喜不已。因为戴振公在世界上有捏泥成金的美名，据说他的作品现在仅存三件，一件在美国纽约州立博物馆里；一件在台湾故宫博物馆；还有一件在泰国某位华侨手里，是他1993年在伦敦拍卖市场上，以16万美元的拍卖价买下的。
商人端着那把壶，想以10万元的价格买下它，当他说出这个数字时，老铁匠先是一惊，后又拒绝了，因为这把壶是他爷爷留下的，他们祖孙三代打铁时都喝这把壶里的水，他们的汗水也都来自这把壶。
壶虽没卖，但商人走后，老铁匠有生以来第一次失眠了。这把壶他用了近60年，并且一直以为是把普普通通的壶，现在竟有人要以10万元的价钱买下它，他转不过神来。
过去他躺在椅子上喝水，都是闭着眼睛把壶放在小桌上，现在他总要坐起来再看一眼，这让他非常不舒服。特别让他不能容忍的是，当人们知道他有一把价值连城的茶壶后，总是拥破门，有的问还有没有其他的宝贝；有的甚至开始向他借钱。更有甚者，晚上推他的门，他的生活被彻底打乱了，他不知该怎样处置这把壶。
当那位商人带着20万现金，第二次登门的时候，老铁匠再也坐不住了。他招来左右店铺的人和前后邻居，拿起一把斧头，当众把那把紫砂壶砸了个粉碎。
接下来，日子渐渐回复平静，老铁匠依旧在卖铁锅、斧头和拴小狗的链子。每天躺在竹椅上，听着收音机，用搪瓷杯喝着茶水。据说他现在已经活过了一百岁。
对于这个故事，最惊心动魄处，莫过于老铁匠举起铁锤的那一砸，随后洒落一地的，不只是一堆碎片，也不只是一叠钞票，而是无尽的欲望、贪婪和痴迷。所谓知足者常乐，某些时候，能守住平静方能守住快乐。
老铁匠与紫沙壶的故事，揭示了故事主人公经历了由平淡生活到痛苦纠结。再到痛下决心之后的回归平淡。用两句诗来形容就是：“不为浮云遮望眼，平平淡淡度余生。”……
凡是学习《量子力学》的学生，都必须学会求解薛定谔方程，人类一百多年来也一直在求解各种各样的薛定谔方程，并从中开发出激光、半导体、核能等新技术，造福人类近一个世纪。薛定谔正是因为在创建量子力学时所作出的巨大贡献荣获了诺贝尔物理学奖。但薛定谔本人后来如同爱因斯坦一样，对量子力学有诸多质疑，1935年他发表了著名的薛定谔猫佯谬，质问客观世界是否存在可以区分的量子态的叠加。
薛定谔猫佯谬描述
如果有粒子，盒子的机关会被打开，于是铁锤就会掉落下去，打破装有毒气的瓶子，此时毒气会将密封于笼子里的猫毒死，当然如果小盒子未放出粒子，那么这只猫仍然活着。那么，一个小时后，这只猫究竟是活的还是死的？按照量子态叠加原理推演下来，猫也应当处在一半概率是活，一半概率是死的叠加态上，这只半死半活的猫就是历史上著名的“薛定谔猫”。尽管它已有八十多岁，迄今依然是人们津津乐道的话题。
薛定谔提出这个佯谬本意是想问，宏观世界是否存在与微观世界一样可区分态的叠加态？现实世界上为何看到的要么死，要么活的猫，从未看到这只半死半活的猫？可见这里的关键词是“死”和“活”这两种可区分状态，“猫”只是用于形象地表征这个物理命题而已，采用猫呀狗呀都一样。
兴许猫恰好是薛定谔本人的宠物，他便拿它来说事，或许薛定谔讨厌猫，故意使它处在半死半活的难堪状态上处罚它，但无论怎样，他不经意地就让这只猫扬名天下！所以不要太在意“猫”，只关注“死”“活”。
谈到宏观可区分的量子态，人们自然会想到《量子光学》中的相干态，相干态是最接近于经典的量子态，理想的激光就是相干态，而且当其平均光子数很大时，相干态的量子效应便可忽略不计，可被视为经典电磁波。因此在寻找“薛定谔猫”制备的方案，人们多数采用相位差为的两个相干态的叠加作为“猫态”的候选者。这类方案已被实验所验证，最先是在原子尺度上制备这类“猫态”，其后又在宏观尺度上也制备成功。因此“薛定谔猫”确实如量子力学所预言的那样，在宏观世界里是存在的。
“薛定谔猫”可以生存，但是在现实世界中我们却观察不到这种叠加态，只能观察到确定的状态——“猫”要么死，要么活，仅有一种状态。这就是所谓的宏观实在性，即自然客体的状态总是确定的。
玻尔（图片来源于网络）
以玻尔为首的哥本哈根学派对此作了如下传统的诠释：我们只能通过测量才能确知“猫”处在什么状态，而测量会破坏被测的量子态，其结果原来预言的“活猫”和“死猫”的叠加态会塌缩到活猫或死猫两种任意一个确定态。换句话讲，现实自然界的宏观实在性是人类对量子客体测量发生的所谓“波包塌缩”所造成的。
（图片来源于网络）
玻尔认为，只有测量之后看到的才是真实存在的，测量之前的量子世界是虚拟的，不真实的。正是测量决定了薛定谔猫是死还是活的命运。“测量”究竟发生了什么？迄今人们还远未搞清楚
如果自然界的宏观实在客体果真如玻尔所言是人类实施测量所造成的后果，那就意味着“人类”诞生在自然界之先，这怎么可能呢？人类只不过是自然界演化中在特殊时间和特殊空间中的特定产物而已，玻尔的诠释显然本末倒置。此外，任何客观实在客体都是由分子，原子，电子，基本粒子等微观粒子构成的，那么虚拟、不真实的微观世界怎么构造出真实的宏观世界呢？哥本哈根学派也无法自圆其说！
宏观世界存在的“薛定谔猫”是人们在实验室里采用特殊方法制备出来的，这种人造的“薛定谔猫”寿命不长，环境的消相干效应会最终使它因量子相干性消失而自动衰变为经典的猫，即要么死要么活的确定状态。“消相干”会杀死薛定谔猫，这是否表明，宏观实在性就是环境的消相干造成的？不完全对！
所有人为制备的量子系统都会饱受环境的消相干效应的破坏，如不采取有效的措施抵制这种消相干的影响，这些量子系统最后都会演化成经典系统。那么自然界是否存在有环境消相干效应无法摧毁的量子系统呢？确实有。我们知道，任何宏观客体都是由分子、原子、电子等微观粒子构成的，这些遵从量子力学规律的微观粒子是真实的，绝不是如哥本哈根学派所说的那样是虚拟的。宏观客体中的这些微观粒子组份是量子系统，它们在环境中依然保持着量子特性，并不会因消相干被破坏掉，原因何在？其根源在于这些微观量子系统中存在着很强的内在相互作用，粒子之间的强耦合远远大于环境的消相干作用（即退耦合作用），因此微观量子系统的量子性能够牢固地保持住。
人造的量子系统会死亡，而自然生成的量子系统却能永存。这就是自然界本来的状况。宏观客体遵从经典理论，具有宏观实在性，其结构单元却是量子客体，遵从量子理论，两者和谐地融合为自然客体。人们迄今已成功建立经典理论和量子理论，能分别正确地描述经典世界和量子世界，但还无法完整地描述自然世界（量子力学与相对论并不融合），原因在于我们还没有研究清楚量子世界与经典世界之间的界限、究竟是什么物理机制使得量子世界能自动地演化为经典世界。
Anupam Garg教授（图片来源于网络）
如何判断一个物理客体是经典的还是量子的？2003年诺贝尔物理奖获得者Anthony Leggett教授和合作者Anupam Garg教授为此提出所谓“Leggett–Garg不等式”（下称LG不等式），凡是满足此不等式的物理客体属于经典世界，具有处于确定状态的宏观实在性；若违背LG不等式，则属于量子世界，遵从量子态叠加原理。
为研究这个问题，我们可以求助于那只著名的 “薛定谔猫”。首先采用量子光学相干态人为地制造出一只“薛定谔猫”，并采取措施保护这只“猫”不被环境消相干杀死，当然，我们在实验上可以运用LG不等式来识别这只“猫”确实是“量子”的（即实验结果若违背LG不等式，就证实它是量子叠加态）。然后，在实验上设法使“猫”逐渐胖起来（即增大相干态的平均光子数），一直胖到LG不等式不再被违背，这时“薛定谔猫”便死掉了，变为经典猫，它处在死或活的确定状态上。这便找到了经典与量子的界限。特别要强调，在这类实验中“薛定谔猫”的死亡，既不是环境的他杀，也不是测量引起波包塌缩导致，而是“猫”变胖后的自然死亡。
当然我们还需设计更多的这类使薛定谔猫自然死亡的实验，最终从实验上搞清量子世界自发演化到经典世界究竟有哪些机制。一个可能采取的实验方案是，采用质量很小的客体来制备薛定谔猫，然后逐渐增大质量，直至猫自然死亡为止。从而确认质量、引力是否是量子过渡到经典的机制。一旦我们能在实验上搞清楚“量子—经典”过渡的机制，就可以在薛定谔方程中加上体现这个机制的相互作用项，从而可能将量子理论与经典理论融合起来。因此，研究“薛定谔猫”为什么会自然死亡成为探索量子世界奥秘的重要抓手之一。
出品：科普中国
制作：中国科学技术大学 郭光灿 中国科普博览
监制：中国科学院计算机网络信息中心
“科普中国”是中国科协携同社会各方利用信息化手段开展科学传播的科学权威品牌。
本文由科普中国融合创作出品，转载请注明出处。
欢迎分享，转载请注明来源：内存溢出
微信扫一扫
支付宝扫一扫
评论列表（0条）