epr的故事_电子顺磁共振技术

2019年7月28日12:30:52epr的故事_电子顺磁共振技术已关闭评论
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在EPR文章发表后不久,量子力学的创立者之一Schrodinger发表了“量子力学目前的形 势”一文,在这篇文章中Schrodinger提出了被后人称为Schr?dinger猫佯谬的着名理想 实验……

在EPR文章发表后不久,量子力学的创立者之一Schrodinger发表了“量子力学目前的形 势”一文,在这篇文章中Schrodinger提出了被后人称为Schr?dinger猫佯谬的着名理想 实验,从而将量子力学的测量问题更加鲜明地揭示出来。

这一理想实验可以叙述如下,一只猫被关在一金属盒内,盒中放置下述非常残忍的 装置(必须保证此装置不受猫的直接干扰):电子顺磁共振技术一小块辐射物质放在盖革计数器中,它非 常小,在一个小时内可能有一个原子发生衰变,或者没有原子发生衰变,它们发生的几 率相同。

如果发生衰变,计数管便放电并通过继电器释放一个重锤,进而击碎一个盛有 氢氰酸的小瓶。如果人们将整个系统放置一个小时,那么人们会说,如果在此期间没有 原子衰变,这只猫就是活的,而第一次原子衰变后它必定被毒死。

那么Schr?dinger猫实验令人困惑的地方在哪里呢?根据我们的宏观经验,盒中的猫 要么活着,要么死了,两者必居其一,地中海贫血基因而根据目前的量子力学规则,盒内整个系统将处 于两种状态的迭加态中,在一种状态中猫是活的,在另一种状态中猫是死的。

或者说, 盒中的猫将处于奇怪的活与死的迭加态中。于是很明显,本世纪最为成功的物理学理论 ---量子力学竟然与我们的宏观经验相矛盾!在上述实验中,Schr?dinger将这一矛盾以 佯谬的形式清晰地显示出来,实际上它所涉及的就是最令人头痛的量子力学的测量问题 。

今天,大多数物理学家对此都采取一种实用主义观点,即认为在原子与实验仪器, 如盖革计数器之间的某一层次上,量子力学的规律将失效并为经典力学的规律所取代, 但他们并不追究这种转化在何处发生以及如何发生,而对于不断引导我们去发现未知规 律并最终理解世界的科学而言。

这一问题必须回答, 粒子的量子运动及其规律正提供了问题的解答,因为根据量子运动的规律,微观客 体,如原子的状态的确可以长时间地处于迭加态,它们形成了微观量子世界,但是宏观 客体,如猫的状态则在未形成迭加态之前已经发生了量子态投影过程,从而它们将一直 处于经典的确定态,这形成了我们熟悉的经典世界。

具体地说,对于Schr?dinger猫实验 ,原子的确处于初态与衰变态的迭加态,这两种状态之间的能量差极小,因此迭加态的 投影时间十分长,譬如说比我们这个宇宙的年龄还长,但是当这一迭加传递到宏观层次。

如盖革计数器或猫时,迭加态中两种状态之间的能量差将增加到极大的数值,于是迭 加态的投影时间变得极短,从而当这一迭加还未传递到盖革计数器或猫时投影过程就已 经发生了,即盖革计数器总是处于确定的状态,要么记录到粒子,要么没有记录到粒子 ,而猫同样只能处于确定的状态,要么活着,要么死了。

例如若一只猫含有N个原子,在 室温下(T=300K)它的热扰动对能量差的贡献将为≈800GeV,于是投影时间将为(单位: 秒): 可以看出,Schr?dinger猫佯谬与双缝实验不同,双缝实验涉及量子运动的微观表现 。

它的困难来源于人们熟悉的经典观念不再适于陌生的量子世界,这导致人们必须放弃 熟悉但并不真实的经典观念,而经典力学也因此无法为微观世界,进而为整个世界提供 一种真实的描述,这一事实人们在量子力学创立之前就已认识到了。

而Schrodinger猫佯 谬则涉及量子运动的宏观表现,它的困难来源于目前量子力学的规律无法解释宏观世界 的存在,这说明目前的量子力学同样不是一个完备的理论,它仍无法为微观世界与宏观 世界提供一种一致的统一描述。

可惜的是,大多数人今天对这一事实仍置若罔闻,他们 至今仍沉浸在由量子力学的巨大成就所带来的无比喜悦之中,但是科学的步伐决不会停 滞不前,量子运动的发现正是它前进道路上的一个里程碑。