在觀察之前，電子是一團(tuán)混亂的可能性。就像隱喻的薛定ding的貓一樣，只有當(dāng)我們從隱喻的盒子中掀開蓋子并仔細(xì)觀察時(shí)，電子才會(huì)安放在原子周圍的清晰位置。

現(xiàn)在，我們已經(jīng)仔細(xì)研究了這種解決的確切過(guò)程。來(lái)自瑞典，德國(guó)和西班牙的一組物理學(xué)家通過(guò)對(duì)電場(chǎng)中所含鍶離子的一系列快照進(jìn)行拍攝，發(fā)現(xiàn)電子從“也許”到“現(xiàn)實(shí)”的轉(zhuǎn)變并非完全無(wú)關(guān)。

在一個(gè)世紀(jì)的上半葉，相當(dāng)清楚的是，我們?cè)谌粘Ｉ钪兴w驗(yàn)的宇宙并不像我們?cè)噲D近距離觀察時(shí)所看到的宇宙。

物理學(xué)中的奇異性的一個(gè)非凡后果是，物體只能使用稱為疊加的幾套概率來(lái)描述-直到我們用探針戳它們并用光轟擊它們以確定它們的大小和性質(zhì)來(lái)確定。

在我們的絕對(duì)經(jīng)典世界中，這很難想象。甚至著名的物理學(xué)家歐文·薛定er(ErwinSchrödinger)第一次聽(tīng)到這個(gè)想法時(shí)都嘲笑了這個(gè)想法，他進(jìn)行了一次思想實(shí)驗(yàn)，其中涉及一只想象中的貓，它既活又死，直到我們看到。

只有打開盒子并進(jìn)行觀察，至少在觀察者眼中，貓的潛在生命才能維持或消失。

Schrödinger和Einstein一樣發(fā)現(xiàn)它很愚蠢，但是從那以后，人們一次又一次地證明這只隱喻貓確實(shí)是對(duì)物理學(xué)工作方式的準(zhǔn)確描述。

剩下的一個(gè)問(wèn)題是，是否存在理想的量子測(cè)量之類的東西，它可以測(cè)量系統(tǒng)的各個(gè)方面而不會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的整體崩潰成為最終答案。

在1940年代，美國(guó)-匈牙利數(shù)學(xué)家約翰·馮·諾伊曼(John von Neumann)認(rèn)為，測(cè)量量子系統(tǒng)的一部分(例如，電子在軌道上的位置)將為其產(chǎn)生足夠的量子噪聲，從而放棄其概率性。

幾年后，德國(guó)理論物理學(xué)家格哈特·呂德斯(GerhartLüders)對(duì)馮·諾依曼的假設(shè)提出了質(zhì)疑，指出即使某些粒子變得清晰，粒子可能性的某些不確定性質(zhì)仍會(huì)存在。

盡管物理學(xué)家在理論上已經(jīng)同意了呂德斯的觀點(diǎn)，但要通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)衡量自然發(fā)生的某些行為而又不會(huì)相互干擾，這并不是最簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)證明。

研究人員將其定居在一個(gè)缺少電子的鍶原子上，以一種無(wú)法捕獲其余電子處于兩個(gè)軌道中哪個(gè)的方式捕獲離子的方式，使它們處于兩者的彌散狀態(tài)。

它或多或少地與許多量子計(jì)算機(jī)中使用的設(shè)置相同。激光然后迫使離子中的電子疊加運(yùn)動(dòng)，并通過(guò)檢測(cè)當(dāng)電子落回原位時(shí)發(fā)出的光來(lái)確認(rèn)軌道中的電位移動(dòng)。

只有在檢測(cè)到光時(shí)，我們才能將電子的絕對(duì)位置鎖定在適當(dāng)?shù)奈恢谩?/p>

斯德哥爾摩大學(xué)物理學(xué)家Fabian Pokorny說(shuō)：“每當(dāng)我們測(cè)量電子的軌道時(shí)，測(cè)量的答案將是電子在較低或較高的軌道上，而從不在兩者之間。”

“從某種意義上說(shuō)，測(cè)量迫使電子決定它處于兩種狀態(tài)中的哪一種。”

當(dāng)鍶離子通過(guò)單獨(dú)的激光旋轉(zhuǎn)為不同狀態(tài)時(shí)捕獲大量光子，為研究團(tuán)隊(duì)提供了過(guò)程發(fā)展歷程的圖片，過(guò)程發(fā)生了百萬(wàn)分之一秒。

他們發(fā)現(xiàn)，量子系統(tǒng)從也許到實(shí)際上的過(guò)渡并不是絕對(duì)的事情。可以測(cè)量它的各個(gè)方面，例如電子的最終靜止位置，同時(shí)不影響和確定其疊加的某些特征。正如呂德斯所說(shuō)。

斯德哥爾摩大學(xué)的物理學(xué)家，首席研究員Markus Hennrich說(shuō)：“這些發(fā)現(xiàn)為大自然的內(nèi)部運(yùn)作提供了新的思路，并且與現(xiàn)代量子物理學(xué)的預(yù)測(cè)相一致。”

而且，這種轉(zhuǎn)變不是瞬間的。通過(guò)拍攝原子的快照，因?yàn)樗囊粋€(gè)電子通過(guò)一個(gè)清晰的軌道，研究小組證明了這一變化是一個(gè)不斷發(fā)展的過(guò)程，似乎從完全不確定性到特定軌道的轉(zhuǎn)變是增加概率的問(wèn)題，而不是一個(gè)突然的決定。

這不是第一個(gè)顯示量子在電子可能性中跳躍的實(shí)驗(yàn)，而不是像“火山噴發(fā)”這樣的展開過(guò)程，而不是開關(guān)。但這確實(shí)為這種變化的發(fā)生方式增加了一些有趣的細(xì)節(jié)，從而可以實(shí)現(xiàn)理想的測(cè)量。

可悲的是，這些都沒(méi)有告訴我們，從量子可能性到清晰的測(cè)量的過(guò)渡，對(duì)事物的宏偉計(jì)劃意味著什么，更不用說(shuō)如何思考薛定ding那只可憐的貓了，它在黑暗中耐心地等待著。

我們所知道的是抬起這只可憐的動(dòng)物的蓋子并沒(méi)有完全剝奪它的奧秘。即使它冒著比馮·諾伊曼(von Neumann)想象的速度慢的死亡風(fēng)險(xiǎn)。