北京時間12月4日消息，薛定諤的貓是由奧地利物理學家埃爾溫·薛定諤于1935年提出的一個著名的思想實驗，描述了亞原子粒子的神秘行為?，F(xiàn)在，通過一種新方法，我們或許可以在不殺死這只（假想中的）貓的情況下，對它進行觀察。
在這個思想實驗中，盒子里的貓同時處于生存與死亡的狀態(tài)，或者說處于“生”與“死”的疊加態(tài)，就像亞原子粒子同時以多種狀態(tài)疊加存在一樣。但是，當我們打開盒子觀察其內(nèi)部時，就會改變貓的狀態(tài)，觀察到一只活貓或一只死貓。
然而，在10月1日發(fā)表于《新物理學期刊》（New Journal of Physics）上的一項研究中，研究人員描述了一種既能觀察到貓，又不會迫使其它活著或死亡的可能方法。通過這種方法，科學家或許能加深對物理學中一個最基本悖論的理解。
在我們這個常規(guī)的大尺度世界中，觀察一個物體似乎并不會導致其改變。但如果尺度足夠小，情況就不是這樣了。該研究的第一作者、日本廣島大學物理學助理教授霍爾格·霍夫曼（Holger F。Hofmann）說：“我們通常認為，為了觀察所付出的代價是微不足道的。這是不準確的。為了觀察，你必須用到光，而光會改變物體?！币驗榧词故菃蝹€光子，也會將能量從你所看到的物體中轉(zhuǎn)移出去，或者轉(zhuǎn)移到物體上。
霍夫曼和當時在廣島大學做訪問本科生、現(xiàn)在在印度理工學院孟買分校工作的卡爾蒂克·派特卡爾（Kartik Patekar）想知道，有沒有一種方法可以讓人們在不“付出代價”的情況下進行觀察。他們得出了一個數(shù)學框架，將最初的互動（觀察貓）和結(jié)果讀?。ㄖ镭埵撬朗腔睿┓指糸_來。
“我們的主要動機是非常仔細地觀察量子測量發(fā)生的方式，”霍夫曼說，“關(guān)鍵在于，我們把測量分為兩個步驟?！蓖ㄟ^這么做，霍夫曼和派特卡爾得以假設(shè)所有參與初始相互作用（觀察貓）的光子都能被捕獲，而不會丟失關(guān)于貓的狀態(tài)的任何信息。所以在讀取結(jié)果之前，所有關(guān)于貓的狀態(tài)（以及觀察是如何改變其狀態(tài)）的信息都是可獲得的。只有當我們讀取信息時，才會失去了一部分信息。
霍夫曼說：“有趣的是，讀取過程會選擇這兩種信息中的一種，然后完全抹去另一種?！币韵戮褪撬麄?nèi)绾斡谩把Χㄖ@的貓”來描述他們的工作。假設(shè)貓還在盒子里，我們不是通過觀察內(nèi)部來確定貓是死是活，而是在盒子外面設(shè)置一個相機，通過某種方式拍攝一張盒子內(nèi)部的照片（這只是一個思想實驗，請忽略這個相機在物理學上行不通的事實）。一旦拍攝了這樣一張照片，相機就具有兩個信息：貓的狀態(tài)如何因為拍攝照片而改變（研究人員稱之為量子標記），以及貓在拍攝之后是死是活。此時這些信息都還沒有丟失，你可以獲得其中一個信息或另一個信息，這取決于你選擇如何“沖洗”這張照片。
霍夫曼在接受采訪時表示，這個過程就像拋硬幣一樣。你可以選擇知道一枚硬幣是否翻轉(zhuǎn)，也可以選擇知道硬幣現(xiàn)在是正面還是反面，但你不可能兩者都知道。更重要的是，如果你知道一個量子系統(tǒng)是如何變化的，而且假設(shè)這個變化是可逆的，那么就有可能恢復它的初始狀態(tài)（就像你可以把硬幣翻轉(zhuǎn)回去）。
“你總是會先干擾系統(tǒng)，但有時，你可以撤銷這種干擾，”霍夫曼說道。就薛定諤的貓而言，這意味著先拍攝一張照片，但我們不是把照片沖洗出來看清楚貓的狀態(tài)，而是通過某種“沖洗”方式，使貓恢復到生與死的疊加態(tài)。換句話說，現(xiàn)在照片與貓的命運糾纏在一起，我們選擇不同的方式處理照片，就會決定貓身上發(fā)生什么。
重要的是，讀取結(jié)果的選擇需要在測量的分辨率和干擾之間進行權(quán)衡，二者是完全等價的。分辨率是指從量子系統(tǒng)中提取了多少信息，而干擾是指系統(tǒng)發(fā)生了多少不可逆的變化。換句話說，你越了解貓的當前狀態(tài)，你對它的改變就越無法挽回。
“我發(fā)現(xiàn)最令人驚訝的是，消除干擾的能力與你觀察到多少信息（或測量到的物理量）直接相關(guān)，”霍夫曼說，“這里的數(shù)學是相當精確的?！?/p>
澳大利亞國立大學的理論物理學家邁克爾·霍爾（Michael Hall）沒有參與這項研究，他表示，盡管之前的研究指出了在量子測量中分辨率和干擾之間的權(quán)衡，但這篇論文是第一次對確切的關(guān)系進行了量化。“據(jù)我所知，以往的研究結(jié)果中，沒有涉及到分辨率和干擾的確切等式，”霍爾說，“這一結(jié)果使得論文中的方法非常簡潔。”
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