量子世界有着种种奇异的特性

时间：2022-05-03 14:01:44 来源：网络整理

提到量子力学实验，人们第一想到的当属“薛定谔的猫”了。近日，研究人员在实验室疑似创造出“薛定谔的细菌”——光合绿色硫细菌，光合分子与空腔中的光子发生强耦合作用，形成纠缠态。这是量子生物学的一个里程碑，人类在宏观量子力学领域向前迈进了一步。

量子世界有着种种奇异的特性

量子世界有着种种奇异的特性。理论上来说，量子力学原理要求一个粒子可以同时在两个地方出现。这种看似矛盾的现象叫做叠加。两个粒子可以“纠缠”在一起，通过某种未知的机制跨过任意远的距离共享信息。

或许量子力学中最著名的实验就是埃德温·薛定谔(Erwin Schrödinger)在1935年提出的思想实验——薛定谔的猫。这一实验展现了量子力学的奇异性质。这位奥地利物理学家想象了一只装在盒子中的猫，盒子中有一些可能致死的放射性物质。根据量子力学原理，猫会处于活与死的叠加态，至少在我们将盒子打开进行观测之前是这样的。

将一只猫、一个装有氰化氢气体的玻璃烧瓶和放射性物质放进封闭的盒子里。当盒子内的监控器侦测到衰变粒子时，就会打破烧瓶，杀死这只猫。根据量子力学的哥本哈根诠释，在实验进行一段时间后，猫会处于又活又死的叠加态。可是，假若实验者观察盒子内部，他会观察到一只活猫或一只死猫，而不是同时处于活状态与死状态的猫。这事实引起一个谜题：到底量子叠加是在什么时候终止，并且坍缩成两种可能状态中的一种状态?图片、文字来源：维基百科

尽管这看起来十分疯狂，但是这一概念已经在量子尺度下被实验验证无数次了。然而，在我们所熟知的宏观世界中，一切都变得更简单，更符合我们的直觉。没有人曾经看到一颗恒星、一颗行星或者一只猫处于叠加态或者存在量子纠缠。但自从20世纪早期量子力学形成开始，科学家就一直在思考宏观世界和微观世界会在何处交汇。也就是量子系统究竟能够有多大，有没有可能大到让种种奇异的性质直接影响生物?在过去的二十年中，量子生物学开始形成，并试图回答这些问题，这一学科提出和实施一些在生物体身上做的实验，以此来探测量子理论的极限。

根据多世界理论，每一个事件都是分支点。不论盒子是封闭的还是敞开的，猫是活的，也是死的，但是，活猫与死猫是处于宇宙的不同分支，这些分支都同样的真实，但是彼此之间不能相互作用。图片、文字来源：维基百科

这些实验的结果看起来十分诱人，但是却没有给出确定的答案。比如在今年早些时候，研究人员发现生物通过光合成养料的光合作用与某些量子效应有关。鸟类导航和人类产生嗅觉的过程也显示量子效应以一种不寻常的方式影响着生物体。但是这些只是量子世界的冰山一角。目前还没有人能将生物置于叠加态或纠缠态，就连单细胞的细菌也不行。

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