研究提示，调整薛定谔的猫方程可以将爱因斯坦的相对论和量子力学结合起来

物理学家提出了对臭名昭著的薛定谔猫悖论的修改，这可能有助于解释为什么量子粒子可以同时存在于不止一种状态，而大型物体（如宇宙）似乎不能。

理论物理学家提出了解决薛定谔猫悖论的新方法，这或许能让量子力学理论和爱因斯坦相对论更好地和谐相处。

量子物理学的奇异定律假设物理物体可以以多种状态的组合存在，例如同时位于两个地方或同时具有不同的速度。根据这一理论，系统保持这种“叠加”状态，直到它与测量设备相互作用，仅获取确定的测量结果值。系统状态的这种突然变化称为崩溃。

物理学家欧文·薛定谔在 1935 年用他著名的猫悖论总结了这一理论——用密封盒子里的猫同时死和活的比喻，直到盒子被打开，从而瓦解了猫的状态并揭示了它的命运。

然而，将这些规则应用到现实世界的场景中面临着挑战——这就是真正的悖论出现的地方。虽然量子定律适用于基本粒子领域，但较大物体的行为符合爱因斯坦广义相对论所预测的经典物理学，并且从未在状态叠加中被观察到。使用量子原理描述整个宇宙会带来更大的障碍，因为宇宙看起来完全是经典的，并且缺乏任何外部观察者作为其状态的测量装置。

“问题是，没有周围环境的宇宙能有这样的叠加吗？”主要作者意大利的里雅斯特大学的理论物理学家马泰奥·卡莱索 (Matteo Carlesso) 在一封电子邮件中告诉《生活科学》。 “观察结果说不：一切都符合广义相对论的经典预测。那么，是什么打破了这样的叠加态呢？”

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为了解决这个问题，卡莱索和他的同事提出了对薛定谔方程的修改，该方程控制着所有状态（包括叠加态）如何随时间演化。

“对薛定谔方程进行具体修改可以解决这个问题，”卡莱索说。特别是，该团队在方程中添加了一些项来捕获系统如何与其自身交互，并添加了一些其他特定项。这反过来又导致叠加态崩溃。

卡莱索补充道：“系统越大，这种影响就越强。”

至关重要的是，这些修改对微观量子系统（例如原子和分子）几乎没有影响，但允许更大的系统（例如宇宙本身）频繁地崩溃，从而赋予它们与我们对宇宙的观察相符的确定值。该团队于二月份在高能物理学杂志上描述了他们修改后的薛定谔方程。

把猫带出炼狱

在量子物理学的调整版本中，研究人员消除了测量对象和测量设备之间的区别。相反，他们提出每个系统的状态都会定期经历自发崩溃，从而导致其某些属性获得确定的值。

对于大型系统，自发崩溃经常发生，使其呈现出经典的外观。与这些系统相互作用的亚原子物体成为它们的一部分，导致它们的状态迅速崩溃并获得明确的坐标，类似于测量。

卡莱索说：“在没有外部实体采取行动的情况下，任何系统都会自发地局部化（或崩溃）于特定状态。人们不会发现一只猫死了又活，而是发现它死了或活了。”

新模型可以解释为什么我们的宇宙的时空几何结构不存在于状态的叠加，并且遵循爱因斯坦相对论的经典方程。

卡莱索说：“我们的模型描述了一个量子宇宙，它最终崩溃了，从而成为有效的经典宇宙。” “我们证明，自发塌缩模型可以解释经典宇宙从宇宙的量子叠加中出现，其中每个宇宙都有不同的时空几何形状。”

虽然这个理论可以解释为什么宇宙似乎受到经典物理定律的支配，但它并没有对大规模物理过程做出新的预测。 

然而，它确实对原子和分子的行为做出了预测，尽管与传统量子力学的偏差很小。 

因此，测试他们修改后的量子模型不会那么简单。未来的工作将旨在提出此类测试。

“我们正在与实验合作者一起尝试测试塌缩修改的影响或推导其参数的界限。这完全相当于测试量子理论的极限。”