使物理學家陷入困境，薛定諤貓的重新構想破壞了量子力學

在世界上最著名的思想實驗中，物理學家歐文·施羅丁格描述了盒子里的貓如何處於不確定的困境中。量子理論的獨特規則意味著它可以既死又活，直到打開盒子並測量貓的狀態。現在，兩位物理學家設計了一個現代版本的悖論，用物理學家做實驗取代貓 - 具有令人震驚的影響。

量子理論具有悠久的思想實驗歷史，並且在大多數情況下，這些用於指出量子力學的各種解釋中的弱點。但最新版本涉及多個參與者，這是不尋常的：它表明，如果量子力學的標準解釋是正確的，那麼不同的實驗者可以得出關於盒子中的物理學家所測量的相反的結論。這意味著量子理論與自身相矛盾。

這個概念性實驗已經在物理界熱烈討論了兩年多 - 並且讓大多數研究人員感到難過，即使在習慣於奇怪概念的領域也是如此。 「我認為這是一個全新的奇怪現象，」加州奧蘭治查普曼大學的理論物理學家Matthew Leifer說。

奇怪的世界

量子力學幾乎是所有現代物理學的基礎，從原子結構到磁鐵相互粘合的原因進行了解釋。但其概念基礎繼續讓研究人員抓住答案。它的方程不能預測測量的確切結果 - 例如，電子的位置 - 只能預測它能產生特定值的概率。

因此，諸如電子的量子物體生活在不確定的雲中，數學上以「波函數」編碼，其平滑地改變形狀，就像海中的普通波浪一樣。但是當測量諸如電子位置之類的屬性時，它總是產生一個精確值（如果在之後立即測量，則再次產生相同的值）。

理解這種情況的最常見方式是在20世紀20年代由量子理論先驅尼爾斯·玻爾和維爾納海森堡制定的，在波爾居住的城市之後被稱為哥本哈根解釋。它說觀察量子系統的行為使得波函數從展開曲線「崩潰」到單個數據點。

哥本哈根解釋留下了一個問題：為什麼不同的規則應該適用於原子的量子世界和實驗室測量的經典世界（以及日常經驗）。但它也令人放心：雖然量子物體生活在不確定的狀態，但實驗觀察發生在經典領域並給出了明確的結果。

現在，Frauchiger和Renner正在震驚物理學家擺脫這個令人欣慰的位置。他們的理論推理表明，哥本哈根的基本情況 - 以及其他一些基本假設的解釋 - 並不是內部一致的。

盒子里裝了什麼？

他們的情景比1935年提出的薛定諤貓更為複雜 - 貓科動物生活在一個盒子里，其機制可以隨機發生毒物釋放，例如原子核的衰變。在那種情況下，貓的狀態是不確定的，直到實驗者打開盒子並檢查它。

1967年，匈牙利物理學家尤金·維格納（Eugene Wigner）提出了一個悖論的版本，他用物理學家朋友取代了貓和毒藥，他們住在一個帶有測量裝置的盒子內，可以返回兩個結果中的一個，例如顯示頭部的硬幣或尾巴。當Wigner的朋友意識到結果時，波函數會崩潰嗎？有一種觀點認為它確實存在，表明意識超出了量子領域。但是，如果量子力學適用於物理學家，那麼她應該處於一種不確定的狀態，它將兩種結果結合起來，直到Wigner打開盒子。

Frauchiger和Renner有一個更複雜的版本（參見"鎮上的新貓"）。他們有兩個Wigner，每個人都在物理學家的朋友身上做一個實驗，他們把它們放在一個盒子里。兩個朋友中的一個（稱她為愛麗絲）可以擲硬幣 - 並利用她的量子物理知識 - 準備一個量子信息發送給另一個朋友（稱他為鮑勃）。利用他對量子理論的了解，鮑勃可以檢測到愛麗絲的信息並猜測她投擲硬幣的結果。當兩位觀眾打開他們的盒子時，在某些情況下，他們可以肯定地確定硬幣落在哪一側，Renner說 - 但偶爾他們的結論是不一致的。 「有人說，"我確定它是尾巴"，而另一個說，"我確定它是首腦"，」雷納說。

該實驗不能付諸實踐，因為它要求Wigner測量他們朋友的所有量子屬性，包括閱讀他們的思想，指出理論家LídiaDelRio，Renner"s在蘇黎世聯邦理工學院的同事。

然而，使兩個量子計算機扮演愛麗絲和鮑勃的角色可能是可行的：論證的邏輯只要求他們知道物理規則並根據它們做出決策，原則上人們可以檢測完整的量子態。量子計算機。 （Renner指出，量子計算機足夠複雜到現在還不存在。）

決鬥解釋

物理學家仍在接受結果的含義。它引發了量子理論基礎專家的激烈反應，其中許多人傾向於保護他們的寵物解釋。 「有些情緒激動，」雷納說。不同的研究人員傾向於得出不同的結論。 「大多數人聲稱實驗表明他們的解釋是唯一正確的。」

對於Leifer來說，產生不一致的結果不一定是交易破壞者。對量子力學的一些解釋已經允許依賴於視角的現實觀點。他說，這可能不如承認量子理論不適用於人等複雜事物那麼令人討厭。

加拿大滑鐵盧周界理論物理研究所的理論物理學家羅伯特·斯佩肯斯說，擺脫悖論的方法可能隱藏在論證中的一些微妙的假設中，特別是在愛麗絲和鮑勃之間的交流中。

「在我看來，在很多情況下，把一些人的知識帶到了他們的知識翻譯中。」也許這種不一致來自鮑勃沒有恰當地解釋愛麗絲的信息，他說。但他承認他還沒有找到解決方案。

目前，物理學家可能會繼續辯論。

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