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研究暗示对薛定谔的猫方程调整可以统一爱因斯坦的相对论和量子力学

2024-04-28 10:48阅读：

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研究暗示对薛定谔的猫方程调整可以统一爱因斯坦的相对论和量子力学
By Andrey Feldman
published 16 hours ago
Quantum Physics
物理学家们已经提出了对臭名昭著的薛定谔猫悖论的修改，可能帮助解释为什么量子粒子能同时的以不止一种状态存在而大型物体（如宇宙）似乎不能。
研究暗示对薛定谔的猫方程调整可以统一爱因斯坦的相对论和量子力学

宇宙的最大的结构出现遵循爱因斯坦相对论的法则，而最小的物体服从量子力学。拟议的对臭名昭著的薛定谔猫方程的修改能帮助统一这两种理论吗？(Image credit: TheDigitalArtist / Pixabay)
理论物理学家已经对薛定谔的猫悖论提出了一种新的解决方案，这可能允许量子力学和爱因斯坦相对论在更好的和谐中相处。
量子物理学的奇特法则假设物理物体能以多种状态的组合存在，比如一下子
处于两个位置中或同时的拥有不同的速度。按照这一理论，一个系统仍然处于这种一个“超位”直到它与一个测量装置相互作用为止，仅作为一个测量的结果获得确定的值。系统的状态中这种突然变化被称为一个坍塌。
物理学家薛定谔在1935年用他著名的猫悖论总结了这一理论——用在密封的盒子里的一只猫是同时死的又活着直到盒子被打开为止从而坍塌猫的状态并揭示它的命运的比喻。
然而，将这些规则应用于现实世界的场景面临挑战——而这正是真正的悖论发生的地方。虽然量子法则对基本粒子领域坚持的，但更大的物体的行为与爱因斯坦广义相对论预测的经典物理一致行为，并且从未被观察到在一个超位中。用量子原理描述整个宇宙摆出甚至更大的障碍，因为宇宙出现完全的是经典的并且缺乏任何外部观测者来作为它的状态的测量装置。
主要作者、意大利的里雅斯特大学的理论物理学家马特奥卡尔列索在一封电子邮件中告诉生活科学杂志，“问题是没有一个周围环境的宇宙能处于这样一个超位状态吗？观测说不：一切都按广义相对论的经典预测那么是什么正在打破这种超位呢？”
为解决这个问题，卡尔列索和他的同事提出了对薛定谔方程的修改，该方程管理包括那些超位中的所有状态如何随时间演化。
卡尔列索说，“薛定谔方程的特定修改能解决这个问题”。特别是该团队在方程中添加了捕捉系统如何与自身交互的项并添加了一些其他特定项。这反过来导致超位崩溃。
卡尔列索补充道，“系统越大这种影响就越强”。
至关重要的是，这些修改对诸如原子和分子等微观量子系统几乎没有影响，但允许更大系统——比如宇宙本身——以频繁的间隔坍塌，赋予它们符合我们的宇宙观测的确定值。该团队在2月份的《高能物理杂志》上描述了他们修改后的薛定谔方程。
把这只猫带出炼狱
研究暗示对薛定谔的猫方程调整可以统一爱因斯坦的相对论和量子力学
一个原子的描画。 (Image credit: Getty Images)
在他们的量子物理学调整版本中，研究人员消除了受到测量对象和测量装置之间的差异。相反，他们提出每个系统的状态以一个有规律间隔自发的坍塌，导致一些它们的某些属性的确定值的获得。
对大型系统，自发的坍塌频繁的发生以经典外观表现它们。与这些系统相互作用的亚原子物体变成它们的部分，导致它们的状态迅速坍塌并获得确切的坐标，类似于测量。
卡尔列索说，“没有来自外部实体的任何行动，任何系统自发的局域化（或崩溃）在一个特定的状态中。在有一只既是死的又是活的地方人们发现猫要么死了要么活着”。
这个新模型可以解释为什么我们的宇宙的空时几何不以一个状态的超位存在并且服从爱因斯坦相对论的经典方程。
卡尔列索说，“我们的模型描述一个最终坍塌这样变成有效的经典的量子宇宙，我们证明自发坍塌模型能解释从一个宇宙的量子超位一个经典宇宙的浮现，其中每个宇宙有一个不同的空时几何结构” 。
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虽然这一理论可以解释为什么宇宙似乎被经典物理法则管理，但它并没有关于大尺度物理过程做出新的预测。
然而，它确实做出关于原子和分子将如何行为的预测，尽管与传统量子力学有微小的偏差。
因此，测试他们修改后的量子模型不会如此简单。未来的工作将旨在想出此类测试。
“与实验合作者一起，我们正试图测试坍塌修改的影响或推导在它们的参数上的边界。这完全等同于测试量子理论的极限” 。
https://www.livescience.com/physics-mathematics/quantum-physics/tweak-to-schrodingers-cat-equation-could-unite-einsteins-relativity-and-quantum-mechanics-study-hints

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