题目

美国科学家已经实现6个离子的薛定谔猫态.
那么处于薛定谔猫态的离子有没有数量极限?

提问时间：2020-11-05

答案

寻找薛定谔的猫
尽管量子论的诞生已经过过了一个世纪,其辉煌鼎盛与繁荣也过了半个世纪.但是量子理论曾经引起的因惑至今仍困惑着人们.正如玻尔的所言：“谁要是第一次听到量子理论时没有感到困惑,那他一定没听懂.” 薛定谔的猫是诸多量子困惑中有代表性的一个.这个猫十分可怜,她（假设这是一只雌性的猫,以引起更多怜悯）被封在一个密室里,密室里有食物有毒药.毒药瓶上有一个锤子,锤子由一个电子开关控制,电子开关由放射性原子控制.如果原子核衰变,则放出阿尔粒子,触动电子开关,锤子落下,砸碎毒药瓶,释放出里面的氰化物气体,雌猫必死无疑.这个残忍的装置由薛定谔所设计,所以雌猫便叫做薛定谔猫.
原子核的衰变是随机事件,物理学家所能精确知道的只是半衰期——衰变一半所需要的时间.如果一种放射性元素的半衰期是一天,则过一天,该元素就少了一半,再过一天,就少了剩下的一半.但是,物理学家却无法知道,它在什么时候衰变,上午,还是下午.当然,物理学家知道它在上午或下午衰变的几率——也就是雌猫在上午或者下午死亡的几率.如果我们不揭开密室的盖子,根据我们在日常生活中的经验,可以认定,雌猫或者死,或者活.这是她的两种本征态.但是,如果我们用薛定谔方程来描述薛定谔猫,则只能说,她处于一种活与不活的叠加态.我们只有在揭开盖子的一瞬间,才能确切地知道雌猫是死是活.此时,猫的波函数由叠加态立即收缩到某一个本征态.量子理论认为：如果没有揭开盖子,进行观察,我们永远也不知道雌猫是死是活,她将永远处于半死不活的叠加态.这与我们的日常经验严重相违,要么死,要么活,怎么可能不死不活,半死半活?
薛定谔的猫
埃尔温·薛定谔在20世纪20年代中期创立了现在被称为量子力学分支中的一个方程.后来被称之为薛定谔方程：▽²ψ(x,y,z)+(8π²m/h²)[E-U(x,y,z)]ψ(x,y,z)＝0
量子理论是20世纪科学的重大进展之一,但由于量子力学对传统观念所带来的巨大冲击,连“量子”的提出者在内的科学家都想尽各种办法拒绝它,或做出各种调和性的解释.事实上,薛定谔就被量子力学的结果弄得心神不安,他不喜欢波粒二象性的二元解释以及波的统计解释,试图建立一个只用波来解释的理论.
薛定谔尝试着用一个理想实验来检验量子理论隐含的不确之处.
设想在一个封闭的匣子里,有一只活猫及一瓶毒药.当衰变发生时,药瓶被打破,猫将被毒死.按照常识,猫可能死了也可能还活着.但是量子力学告诉我们,存在一个中间态,猫既不死也不活,直到进行观察看看发生了什么.
量子力学告诉我们：除非进行观测,否则一切都不是真实的.爱因斯坦和少数非主流派物理学家拒绝接受由薛定谔及其同事创立的理论结果.爱因斯坦认为,量子力学只不过是对原子及亚原子粒子行为的一个合理的描述,是一种唯象理论,它本身不是终极真理.他说过一句名言：“上帝不会掷骰子.”他不承认薛定谔的猫的非本征态之说,认为一定有一个内在的机制组成了事物的真实本性.他花了数年时间企图设计一个实验来检验这种内在真实性是否确在起作用,但他没有完成这种设计就去世了.