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量子芝诺效应:频繁观测会抑制量子演化

量子芝诺效应不是靠人的注视把系统冻住。在特定初态、足够短的时间尺度和合适的测量条件下,反复投影测量或等效的连续耦合可以提高系统停留在原状态的概率,使某些跃迁受到抑制。《上帝掷骰子吗》借用了芝诺“飞矢不动”的悖论来解释这一点。

我们在前面已经讨论过了芝诺的一个悖论,也就是阿喀琉斯追乌龟,他另有一个悖论是说,一支在空中飞行的箭,其实是不动的。为什么呢?因为在每一个瞬间,我们拍一张snapshot,那么这支箭在那一刻必定是不动的,所以一支飞行的箭,它等于千千万万个“不动”的组合。问题是,每一个瞬间它都不动,连起来怎么可能变成“动”呢?所以飞行的箭必定是不动的!在我们的实验里也是一样,每一刻波函数(因为观察)都不发展,那么连在一起它怎么可能发展呢?所以它必定永不发展!

从哲学角度来说我们可以对芝诺进行精彩的分析,比如恩格斯漂亮地反驳说,每一刻的箭都处在不动与动的矛盾中,而真实的运动恰好就是这种矛盾本身!不过我们不在意哲学探讨,只在乎实验证据。已经有相当多的实验证实,当观测频繁到一定程度时,量子体系的确表现出芝诺效应。这是不是说,如果我们一直盯着薛定谔的猫看,则它永远也不会死去呢?

最后一句是书中的玩笑。实验中的“频繁观测”需要真实的测量耦合,不是意识持续注意某件事。抑制也不是普遍结果,测量间隔、系统初态和环境谱条件改变时,频繁作用还可能加快跃迁,这被称为反芝诺效应。Kofman 与 Kurizki 的原始论文 讨论的正是这种加速。猫实验为什么会把测量问题带进日常尺度,见 薛定谔的猫把量子叠加推到宏观世界

——收入 书架 · 思维模型