什么是海森堡切割，或者从量子力学到经典力学的过渡?

叠加原理

20世纪初^th世纪以来，量子力学领域取得了许多进展，包括海森堡测不准原理。另一个重大发现是关于光与屏障的相互作用。研究发现，如果你通过一条狭窄的双缝照射光线，而不是在相反的一端有两个亮点，你会看到像梳子上的头发一样的浅色和深色斑点的边缘。这是一种干涉图样，它产生于光的波粒二象性(Folger 31)。根据波长、狭缝长度和到墙壁的距离，光要么表现出建设性干涉(或亮点)，要么会经历破坏性干涉(或黑点)。从本质上讲，这种模式是由许多粒子相互碰撞产生的。所以人们开始思考如果一次只发射一个光子会发生什么。

1909年，杰弗里·英格拉姆·泰勒就这样做了。结果是惊人的。预期的结果只是在另一边的一个点，因为任何时候都有一个粒子被发送出去，所以不可能产生干涉图案。这将需要多种粒子，而在那个实验中并不存在。但确实发生了干涉图案。发生这种情况的唯一可能是粒子与自身相互作用，或者粒子同时出现在多个地方。事实证明，正是观察粒子的动作将它放在了一个地方。你周围的一切都在这样做．这种同时处于多个量子态的能力被称为叠加原理(31)。

宏观层面

这一切在量子层面上都很有效，但你最后一次知道一个人同时出现在多个地方是什么时候?目前，没有任何理论可以解释为什么这一原则在我们的日常生活或宏观层面上不起作用。最普遍接受的原因是:哥本哈根解释。该理论得到了玻尔和海森堡的大力支持，认为观察粒子的行为会导致它落入特定的单一状态。在此之前，它将存在于许多州。不幸的是，它没有目前的测试方法，它只是一个特别的论点来解释这一点，因为它的方便而证明自己。事实上，它甚至暗示在被观看之前什么都不存在(30,32)。

另一个可能的解决方案是多世界解释。它是休·埃弗雷特在1957年提出的。从本质上讲，它指出，对于粒子可能存在的每一种可能的状态，在该状态存在的地方存在另一个宇宙。同样，这几乎是不可能测试的。理解这一原理是如此困难，以至于大多数科学家已经放弃了研究它，而是转而研究它的应用，比如粒子加速器和核聚变(30,32)。

不过，也有可能Ghirardi -Rimini-Weber (GRW)理论是正确的。1986年，Giancarlo Ghirardi, Alberto Rimini和Tullio Weber发展了他们的GRW理论，其主要关注点是薛定谔方程如何不是唯一影响波函数的方程。他们认为，一定有一些随机的崩溃元素也在起作用，没有主导因素使其应用可预测，因为变化是从“分散到相对本地化”。它就像一个函数乘数，在其分布中主要留下一个中心概率峰值，允许小粒子在很长一段时间内叠加，同时导致宏观物体几乎在瞬间坍塌(Ananthaswamy 193-4, Smolin 130-3)。

量子层面的引力

罗杰·彭罗斯爵士出场了。作为一位著名且受人尊敬的英国物理学家，他有可能解决这一困境:引力。在支配宇宙的四种力中，即强核力和弱核力、电磁力和引力，除了引力之外，所有的力都被量子力学联系在一起。许多人认为引力理论需要修正，但彭罗斯却想从量子层面来研究引力。由于重力是一种如此微弱的力，在这个水平上的任何东西都可以忽略不计。相反，彭罗斯希望我们去检验它，因为所有物体都会扭曲时空。他希望那些看起来很小的力量实际上朝着比表面价值所暗示的更大的东西工作(Folger 30,33)。

如果粒子可以叠加，那么他认为它们的重力场也可以叠加。维持所有这些状态都需要能量，能量供应越多，整个系统就越不稳定。它的目标是达到最大的稳定性，也就是说达到最低的能态。这就是它将进入的状态。由于粒子所在的世界很小，它们的能量已经很低，因此可以有很大的稳定性，需要更长的时间才能进入稳定的位置。但在宏观世界中，存在大量的能量，这意味着这些粒子必须处于单一状态，这发生得非常快。有了这种叠加原理的解释，我们不需要哥本哈根解释，也不需要多世界理论。事实上，罗杰的想法是可以验证的。对一个人来说，进入一种状态大约需要“一万亿分之一秒”。但对于一粒灰尘，大约需要一秒钟。 So we can observe the changes, but how? (Folger 33, Ananthaswamy 190-2, Smolin 135-140).

这个实验

彭罗斯设计了一个可行的钻机。利用镜子，它可以测量它们受到辐射之前和之后的位置。x射线激光会击中一个分光镜，分光镜会将光子发送到分离但相同的镜子上。一个光子现在分裂成两种状态或叠加态。每一个都将击中质量相同的不同镜子，然后在相同的路径上偏转回来。这就是区别所在。如果罗杰是错的，主流理论是正确的，那么光子撞击镜子后不会改变它们，它们会在分光镜处重新组合，击中激光，而不是探测器。我们没有办法知道光子走了哪条路径。但如果罗杰是对的，而主流理论是错的，那么光子撞击第二个镜子要么会移动它，要么会让它保持静止，但不是两者都移动，因为重力叠加会导致最终的静止状态。该光子将不再存在，与另一个光子重组，来自第一个镜子的光束将击中探测器。 Small-scale tests by Dirk at University of California at Santa Barbara are promising but must be more accurate. Anything can ruin the data, including movement, stray photons, and change in time (Folger 33-4). Once we take all of this into account, we can then know for sure if gravity superposition is the key to solving this mystery of quantum physics.

其他测试

当然，彭罗斯的方法并不是我们唯一的选择。也许在寻找我们的边界的过程中，最简单的测试就是找到一个物体，这个物体对于量子力学来说太大了，但是对于经典力学来说又太小了。马库斯·阿恩特正试图通过双缝实验来发射越来越大的粒子，以观察干涉模式是否会发生变化。到目前为止，已经使用了近10,000个质子质量大小的物体，但防止与外部粒子的干扰一直很困难，并导致了纠缠问题。到目前为止，真空是减少这些误差的最佳选择，但还没有发现任何差异(Ananthaswamy 195-8)。

但其他人也在尝试这条路线。阿恩特用类似的索具进行的第一个测试是一个巴基球，由60个碳原子组成，总直径约为1纳米。它以每秒200米的速度发射，波长超过其直径的1/3。粒子遇到双狭缝，实现了波函数的叠加，得到了波函数共同作用的干涉图。此后，马塞尔·马约尔测试了一个更大的分子，有284个碳原子、190个氢原子、320个氟原子、4个氮原子和12个硫原子。在810个原子(198-9)的跨度上，总共有10123个原子质量单位。量子世界仍然占据主导地位。

作品的引用

aanathaswamy,安尼尔。同时通过两扇门．兰登书屋，纽约，2018年。印刷,190 - 9。

福杰尔,蒂姆。“如果一个电子可以同时出现在两个地方，为什么你不能?”发现2005年6月:30-4。打印。

斯莫林,李。爱因斯坦未完成的革命。企鹅出版社，纽约，2019年。打印。130 - 140。

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©2014 Leonard Kelley