为什么没有明确的实验描述经典尺寸和量子尺寸之间的确切界限?假设我们相信量子力学 (QM) 的解释,即在测量过程中(与经典物体相互作用),波函数会坍缩,即不再遵循薛定谔方程。在所有描述此过程的教科书中,我都没有找到如果我们开始减小经典测量物体的尺寸会发生什么的解释。在什么确切尺寸下,它不再是大尺寸和经典尺寸,而是变成量子尺寸?当物体既不是完全经典的(波函数坍缩)也不是完全量子的尺寸时,究竟会发生什么?
我确实知道有些量子力学的解释并不假设波函数坍缩,而是提出一切总是遵循薛定谔方程。
但我的主要问题是:为什么没有清晰、精确的实验来描述这些“中等尺寸”物体的相互作用?如果我们假设波函数确实坍缩,这样的实验可能会揭示非常有趣的细节。
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为什么没有明确的实验描述经典尺寸和量子尺寸之间的确切界限?
没有明确的实验,因为没有确切的界限。
尽管我们认为量子效应通常是短暂的,作用于非常小的尺度,但实际上它们可以持续很长的时间尺度,并被放大以产生宏观效应。这是量子计算的整个基础,尽管防止量子效应被环境噪声淹没所需的工程设计具有挑战性。说,人们已经在光合作用细菌的宏观尺度上观察到量子纠缠。说,量子纠缠已经通过振动膜得到证实,这些膜101010微米。
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另请参阅:玻色-爱因斯坦凝聚态,其尺寸可以是宏观的。
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坍缩被认为是将量子系统置于叠加态并以某种方式选择叠加态中的一种状态的过程:
\sum_a\alpha_a|a\rangle\to|a\rangle
这个过程与量子理论的运动方程不相容。量子理论的一些“解释”假设了这样一个过程,但没有给出明确的解释,比如哥本哈根解释。其他解释,如自发坍缩,明确改变了量子理论的运动方程
这些理论目前无法重现任何相对论量子理论的预测,即几乎所有涉及量子理论的实际实验结果:
一些物理学家已经得出了没有经过这种修改的量子理论的后果。当信息从量子系统中复制出来时,干扰就会被抑制——这被称为退相干:
日常生活中,你周围看到的任何物体的演化速度都会比信息从它们身上复制出来的时间慢得多,因此它们会表现出可忽略不计的干扰。退相干的结果是,退相干系统会形成一堆不同的版本,它们会独立演化出一个良好但不完美的近似值:
这通常被称为量子理论的多世界解释,但当它被认真地视为对现实中正在发生的事情的解释时,它只是理论的一个结果。在多世界解释中,会有一个我的版本坐在我左边一毫米处,不会干扰我,但如果你把差异缩小到原子大小左右,干扰就不再可以忽略不计了,不同的版本不能安全地视为独立的。
我们已经看到了退相干的作用,并对分子大小的系统进行了测量和控制:在上面链接的评论中可以看到相关内容。因此,如果崩溃是一个显著的影响,那么它一定会发生在更大的系统中。几乎任何相互作用都会导致退相干,甚至包括内部振动模式,因此对于大多数大型系统来说,很难防止退相干。因此,如果发生崩溃,就很难观察到。由于退相干已经解释了大型系统缺乏量子效应,因此目前还不清楚这些理论应该解决什么问题。
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事实上,确实有。处理中间状态的领域称为介观物理学。确定系统最好用量子力学还是经典力学来描述的方法,是将系统的长度/时间/能量尺度与某些特征长度/时间/能量尺度进行比较,例如 Thouless 能量、费米波长、相干长度等。
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每个系统都是量子系统。(几乎所有物理学家都认为,即使包含引力,情况也是如此。)唯一的问题是,经典近似的准确性如何,当然不存在一个确切的边界,在边界的哪一侧,经典近似是完全准确的。
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长期以来,研究这些问题被嘲笑,甚至被认为是职业自杀,因为每个人都知道玻尔已经解决了这些问题,你有什么资格去问他。现在情况好多了,但这样的实验需要大量的精力和金钱。
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@JánLalinský Bohr?..他做了什么来解决这个问题?
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谷歌搜索“Sorites 悖论”。这就像在寻找“大”和“小”之间的精确界限。
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粒子加速器是巨大的宏观物体。如果某个外星人全面研究“人造粒子加速器”,并提出诸如“加速器线路中会出现什么样的电信号,加速器操作员使用的计算机上会出现什么样的图像……”之类的问题,那么他们就别无选择,只能意识到加速器内部发生的实际粒子碰撞,因此会得出结论,整个粒子加速器是一个巨大的量子系统。
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