爱因斯坦与薛定谔的猫(2)

时间:2015-07-26 08:32:17 

维也纳量子科技中心的物理学家马库斯·阿恩特(Markus Arndt)想要进行这样的尝试。他目前正在利用由810个原子组成的大分子进行双缝干涉实验,让这些大分子相互干涉,呈现出波粒二象性。从理论上来说,如果地球表面的广义相对论效应确实对于一个量子系统有影响,那么对于这个实验来说,干涉条纹相对于引力场是垂直或平行摆放,将会出现不同的实验结果。但是问题在于,想要使这种区别显而易见,实验设置的双缝间距就要从微米变为米,进行试验的分子的质量也要再提高100万倍,这对于目前的实验条件来说几乎不可能实现。

论文中提到的问题是否足够重要,将会成为未来量子实验中一个新的考量因素?有一些物理学家并不认同。北欧理论物理研究所的物理学助理教授萨冰·霍斯菲尔德(Sabine Hossenfelder)认为,地球表面的引力场对于量子系统来说是一种几乎可以被忽略的效应,就是因为其太过微弱,此前几乎没有物理学家对此注意过。就算这篇论文提醒人们注意到广义相对论效应存在于量子系统中,它也不会对于量子实验产生太大的影响。霍斯菲尔德认为,引力场未必一定会对于宏观物体的量子态产生影响,在地球表面的引力场中,只有当物体的质心发生变化,才有可能产生微弱的广义相对论效应,但是如果一个物体只是进行旋转,质心的位置并不发生变化,那么它也就自然不会受到广义相对论效应的影响。

“宏观物体”因为由众多的粒子组成,粒子之间相互作用的能量有可能受到广义相对论效应的影响,霍斯菲尔德对于论文中作者的计算模型并不信服。论文中举例,一个宏观的试验样本大概含有1023个粒子(阿伏伽德罗常数),如果考虑到广义相对论效应的影响,那么产生退相干效应的时间将是微秒级的。但是根据这个模型进行计算,如果一个实验样本只是由上百个粒子组成,那么它由广义相对论效应所产生的退相干时间则会达到107秒,几乎长达一年,这对于实验物理学家来说实在是太过美好(这个时间的计算未必有误,其只是考虑了广义相对论效应的影响而没有计入其他因素)。

皮科夫斯基论文的预印本此前已经在网上公布了两年的时间,发表在《自然·物理学》杂志上之后自然吸引了更多的关注,但是这篇论文之所以能够引起人们广泛的关注和讨论,更重要的原因在于它把量子力学和广义相对论这两个物理学的基础理论包含在一起。这难免不会让人联想到物理学家几十年来一直希望这两种目前互不相容的理论结合起来,创造一个完善的量子引力理论的努力。实际上,这篇论文中并没有涉及量子引力理论的研究,它所揭示的是人们都已经熟知并且认同的现象,并不需要对于广义相对论或是量子理论进行任何修改,而对于“薛定谔的猫”的生死状态,量子测量问题,以及波函数的本质,也并没有进行更深入的探索,但是对于文中提到的在地球表面广义相对论效应对于量子退相干效应的影响,无论效果是否显著,从此都一定会吸引到更多物理学家的关注和考量,也将会是未来量子实验领域一个令人感兴趣的话题。

(本文写作参考了《自然》杂志的报道)

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