艾德思：量子力学随机性被推翻了？事情才没那么简单

近日,一则名为"薛定谔的猫终于有救了,Nature研究首次观测到量子跃迁过程'的新闻报道刷屏.诸如"耶鲁大学实验推翻量子力学随机性'"爱因斯坦又蒙对了'等等标题党纷纷出现,仿佛战无不胜的量子力学一夜之间阴沟翻船一样,很多文青纷纷哀叹宿命论又回来了.然而,这样一个"大新闻'的出现只是报道出现了偏差,歪曲了文章本意的结果. 用一句话总结,这篇Nature文章里用了实验技巧去弱测量一个确定性过程,主动避开了对这个过程能导致随机结果的测量,一切都符合量子力学预言,对量子力学的测量随机性没任何影响.所以爱因斯坦没翻身,上帝依然掷骰子.之所以会引起这么大的误解,与作者们在摘要和引言里立的错误靶子脱不了干系.量子技术既然瞄准的是第二次信息革命,未来的应用才决定其价值,而不应该沾染为了发顶级期刊而哗众取宠的风气. …… 量子力学有两个基本的过程,一个是按照薛定谔方程确定性地演化,另一个是因为测量导致的量子叠加态随机塌缩.薛定谔方程是量子力学核心方程,它是确定性的,跟随机性无关.那么量子力学的随机性只来自于后者,也就是来自于测量. …… 我们再看看耶鲁大学这篇Nature文章[1]做了什么.先铺垫一个量子力学知识,那就是量子跃迁是一个量子叠加态完全按照薛定谔方程演化的确定性过程[2],即在基态|G>上的概率幅按照薛定谔方程连续地转移到激发态|E>上,再连续地转移回来,形成一个振荡(频率称为拉比频率),它属于冯诺依曼总结的第一类过程. 图片来源:nature.com 这篇文章测的就是这样一个确定性的量子跃迁,所以得到确定性结果毫无意外.论文的卖点在于怎样不让这个测量破坏掉原本的叠加态,或者怎样让量子跃迁不会因突如其来的测量而停止.这个也不是多么神秘的技术,而是量子信息领域目前广泛应用的"弱测量'方式. …… 用一句话总结,这篇Nature文章里用了实验技巧去弱测量一个确定性过程,主动避开了对这个过程能导致随机结果的测量,一切都符合量子力学预言,对量子力学的测量随机性没任何影响.所以爱因斯坦没翻身,上帝依然掷骰子. 这篇Nature文章只是又一次验证了量子力学的正确,为什么会引起这么大的误解?这里我不得不吐槽一下.这与作者们在摘要和引言里立的错误靶子脱不了干系.估计是为了制造大新闻,他们找到了玻尔在1913年提出的量子跃迁瞬时性的想法做靶子[3],但这个想法早在1925年海森堡方程和1926年薛定谔方程提出(也就是量子力学正式建立)之后就被否定了,他们在文章里也明确说了实验其实验证了薛定谔关于跃迁是连续确定演化的观点.把玻尔搬出来,很可能是为了营造一个和爱因斯坦对立的效果,延续世纪论战,多博取关注.但是在量子跃迁这个问题上,是玻尔最早的想法错了,海森堡和薛定谔对了,不关爱因斯坦什么事. 玻尔(左)和爱因斯坦(右).图片来源:Wikimedia Commons 这篇文章的英语报道[4]的作者是Phillip Ball,他尽管写过很多优秀的科学新闻,但这次大概是碰到了知识盲点,整个报道写的也是故弄玄虚,没抓到重点,还把海森堡拉去陪玻尔一起给瞬时跃迁背锅(不知道海森堡方程和薛定谔方程实质等价吗?).然后中文媒体再翻译过来,其它自媒体再自由发挥一通,就变成了科学传播的"车祸现场'. 笔者几年前在丹麦Aarhus大学物理系做博士后时(Aarhus物理系大概一百年前是从哥本哈根大学物理系——即现在的玻尔研究所分出来的,这样也算和玻尔扯上点渊源),也做过一个监视超冷原子相变的量子弱测量实验,可不敢像耶鲁这个团队这样立靶子吹牛,论文后来发的很普通的英国物理学会杂志.量子技术既然瞄准的是第二次信息革命,未来的应用才决定其价值,而不应该沾染为了发顶级期刊而哗众取宠的风气.这样做即使一时受宠,很快还是会被历史埋没.

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