“薛定谔的猫”是量子物理学中著名的思想实验：在你打开一个密闭、装有毒气的箱子之前，里面的猫有多种生存状态，可能是死、也可能是活，只有打开箱子瞬间能得到答案，这同时也是量子跃迁的不可预测性。然而现在，耶鲁大学科学家却说，量子跃迁实际上并非随机性的“跳跃”，而是有迹可循的“滑行”，颠覆一直以来的量子认知。
量子跃迁（quantum jump）是量子物理学术语，指原子内的电子从某个轨道跳跃到另一个轨道的过程，这一过程不连续，也就是说，不存在电子出现在两个轨道之间的状态。
所谓电子轨道，如同太阳系中八大行星于各自轨道上围绕着太阳运转，地球不会跑到火星的轨道、火星也不会跑去其他行星的轨道，原子中的电子也类似行星一样绕着原子核运行（只是并非同心圆轨道）。根据物理学家尼尔斯·波耳提出的波耳模型，电子运转于原子内某一特定轨域，具有特定能级，距离原子核越远的轨域，其能级就越高，当电子从高能级轨域跃迁到低能级轨域时，会释出能量；相反地，电子从低能级轨域跃迁到高能级轨域则会吸收能量。
▲ 原子模型。（Source：pixabay）
薛定谔猫就是量子力学的思想实验。把一只猫、一个装有氰化氢气体的玻璃烧瓶和放射性物质放进封闭的盒子中，当盒内监控器侦测到衰变粒子时，就会打破烧瓶杀死这只猫。然而，在我们打开盒子之前，我们不知道放射性物质是否释放、猫咪是死是活，只有在打开盒子的刹那可以知道猫是死是活，在此之前，活着的猫是基态，死亡的猫是激发态，猫咪处于生存与死亡的叠加态。
而在量子力学中，其核心理念就是粒子行为会变得“不可预测”，只有在观察的瞬间可以得到答案。微观尺度上，粒子将呈现离散状态而非连续状态，也就是说粒子会像跳楼梯一样随机跳跃到另一种状态，而不是顺着斜坡有迹可循，在我们观察一个粒子之前，粒子同时处于多种状态，只在我们观察的瞬间，粒子才立即陷入某种状态。
然而耶鲁大学一篇新研究表明，跳跃并非瞬间发生，且实际上更像是滑行而不是跳跃，只是滑行速度快到我们以为是跳跃。论文第一作者 Zlatko Minev 表示，我们以为跳跃就像瞬间移动出现在我们观察的那一刻，但当我们把时间放慢，情况立刻大不相同。
研究人员于实验中利用一种特殊方法间接监测超导人造原子，当以微波辐射搅动原子并使其出现量子跃迁时，研究人员看到了突然出现的光子，说明粒子即将跃入激发态，可以当成量子跳跃前的预告。一旦量子跳跃，就会遵循相同路径，该团队观察了超过 680 万次跳跃，其模式都是一致的。
虽然“长期来看”仍存在不可预测性，比如研究人员无法准确预测量子跳跃何时发生，可能是 5 分钟后、也可能是 5 小时后， Zlatko Minev 形容这有点像火山爆发，我们无法预测何时会发生喷发灾难，但是透过严密准确的监控，我们能确定某些现象，预警灾难即将发生。
甚至若我们有能力介入的话，还能扭转灾难，如果拿薛定谔的猫来说——我们可以在它死亡之前介入干预救回它。
量子跳跃的不可预测性会导致量子电脑在计算时出现问题，如果量子跳跃不再是随机的、而是可预测的行为，或让量子电脑领域走上光明大道，虽然将研究整合到现有量子电脑前还有很多一段小路要走。新论文发表在《自然》（Nature）期刊。
- Scientists Save Schrödinger’s Cat
- Physicists can predict the jumps of Schrödinger’s cat (and finally save it)
- Schrödinger’s cat could be saved, say scientists
- Physicists Have Finally Figured Out a Way to Save Schrödinger’s Cat
（首图来源：pixabay）
