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“没有猫的笑脸”

柴郡猫是刘易斯卡罗尔所著的《爱丽丝梦游仙境》中的一个古怪的动物角色,它是一只咧嘴的猫,拥有能凭空出现或消失的能力,甚至在它消失以后,它的笑容还挂在半空中：

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“好的.”猫答应着.这回它消失得非常慢,开始是尾巴梢,最后才是那张咧嘴的笑脸,那个笑脸在身体消失后又停留了好一会儿.

“哎哟,我常常看见没有笑脸的猫,”爱丽丝想,“可是还从没见过没有猫的笑脸呢.这可是我见过的最奇怪的事儿了.”

如果把笑容认为是柴郡猫的一个属性,那么只留下笑容而身体消失,意味着柴郡猫的位置与它的属性分离,而物理学家发现这种位置与属性分离的柴郡猫还真的存在.在2013年,以色列物理学家发表论文指出,量子世界中微观粒子的位置和它的属性是可以分开的.比如实验者可以在一个地方检测到粒子的位置,而在另一个地方检测到它的自旋性质.这听起来太奇怪了,比那个著名的薛定谔的猫还怪异.那么物理学家是如何制造出量子柴郡猫的呢?

弱测量方法

根据量子力学,一个微观粒子可以同时处在多种状态之下,例如光子可以同时穿过一块板上平行的两个缝隙,这种状态被称为叠加态.但我们去测量光子具体的状态时,会使得光子在多种状态下突变为唯一的一种状态.不过有一种测量方法可以“温柔地”对微观光子进行测量,虽然测量最终得到的结果包含的信息很少,但不会使光子在多种状态下突变为一种状态,这种方法被称为弱测量方法.例如光子在干涉仪中的反光镜上反弹时会引起反光镜微弱的移动,测量这种移动就是弱测量,虽然获取的信息很少,只能推测出光子是否刚经过反光镜,但这种测量不会使得光子在多种状态下突变为一种状态.

至于量子柴郡猫的情况,你可以对粒子进行弱测量,这种弱测量虽然没有破坏叠加态,但也会影响部分属性.具体地说就是弱测量使得一个电子位置在第一个地点里被保留,在第二个地点里被破坏,而对于它的自旋在第一个地点里被破坏,在第二个地点里被保留.所以电子在第一个盒子里输出其位置的信息,在第二个盒子里输出其自

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真的是量子柴郡猫?

既然理论提出来了,那就应该检测一下.来自奥地利维也纳技术大学的物理学家们在2013年12月发表的论文指出,他们通过实验成功地“捕捉”到了量子柴郡猫.他们在干涉仪的一边测量了中子的位置,在另一边测量了中子的自旋属性.

不过量子柴郡猫的存在还是有些争议.这种量子柴郡猫真的存在,还是只不过是由于实验设计所导致的一种假象.例如,也许实验中测量到的只不过是一个粒子的位置和另一个粒子的自旋属性.所以量子柴郡猫仍在困惑着物理学家.而对于读者来说,你也可以尝试把自己的困惑留在这里,然后去别的地方走走.

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