@ 2014.01.16 , 10:28

矛盾之子:量子自杀实验

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量子自杀这个概念大致陈述了这样一个概念:某个单一亚原子的态可能决定我们的生死。量子自杀这个概念是在1980年代由几位物理学家提出的一种思想实验,提出这种假设的目的为的是将量子机制和Everett的多世界理论区分开来。这是一个类似于薛定谔的猫但是又不同于薛定谔的猫的实验。

在薛定谔的猫实验中,在没有打开盒子观察之前,猫处于死和活同时存在的量子叠加态,但是打开后方程坍缩为单一状态:死或者活。而量子自杀实验与之不同之处在于,方程不会坍缩,而是分裂为平行宇宙。

实验是这样的:实验仪器为一把量子枪,枪的扳机处于量子叠加状态,触发扳机的条件为原子衰变。即便该名物理学家随时都能扣动扳机,但是只有当枪上捆绑的一台机器测量到某个亚原子的量子自旋是向下还是向上才触发扳机。比如说,实验人员设定如果机器探测到某粒子自旋向上则触发扳机,如果探测到自旋向下,则枪只发出声响,并不开火。这个实验将一直进行下去,随着扣动扳机次数的增加,物理学家死亡的概率也就越大,他的死看上去是必然的。

在每次扳机响动之前,该名物理学家有50%的概率存活下来(取决于自旋向上或向下),也就是说在他死前他能够无数次触发扳机。然而,一半一半的概率也给了多世界理论以空间——每次决定是否触发扳机让现实分裂成两个宇宙,在其中一个宇宙物理学家不幸被枪杀死,而在另一个宇宙物理学家面前的量子枪没有开火,这好像在说无论结果怎样,最终都有一个物理学家活下来,就是说意识的存在不灭。

在其他宇宙活下来的物理学家会继续进行这个实验直到他们消失,在这个过程中,没有死掉的物理学家注意到了一个奇怪的现象,在某一刻,无论他怎么努力去死,最后都死不了。薛定谔的猫这个思想实验描述的也是这种原理。

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现在把物理学家面前的量子枪换成核武器,发射子弹变成触发核爆。在某一个平行宇宙,核武器爆炸顷刻间就要了物理学家的命,但是根据量子理论的阐述,在爆炸后存在一种可能物理学家能奇迹般逃过死亡。

如果哥本哈根对于量子理论的阐述是错误的,多宇宙理论的平行宇宙观是正确的,物理学家每次扣动扳机他的死亡概率越大,经过多次实验后,物理学家存活的概率接近于0,但是概率永远无法达到0,也就给了平行宇宙存在的合理性。

问题来了,多世界理论的宇宙观的设定引来争论和各种实验,量子自杀实验就是基于多世界理论的实验之一,但量子自杀实验又和多世界理论矛盾。批评量子自杀实验的人认为物理学家的无限多个分身都可以得到相同结果,只不过分裂次数减少50%。量子自杀这个反驳型实验的失败之处在于无法在现实中解释多宇宙理论,随着实验次数无限增加,活下来的科学家数量不断以50%的速度减少,最后无限趋于零。可能在某个宇宙最后活下来的物理学家确信了多宇宙的正确性,但是在其他宇宙看来,他不过是被枪打死的书呆子。

本文译自 Softpedia,由译者 王大发财 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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