量子世界有各种奇怪的特征

说到量子力学实验，人们首先想到的是“薛定谔的猫”。近日，研究人员在实验室中疑似创造了“薛定谔的细菌”——光合绿硫细菌。光合作用分子和腔内光子强耦合形成纠缠态。这是量子生物学的一个里程碑，人类在宏观量子力学领域前进了一步。

量子世界有各种奇怪的特征。理论上，量子力学原理要求一个粒子可以同时出现在两个地方。这种看似矛盾的现象叫做叠加。两个粒子可以“纠缠在一起”，通过某种未知的机制跨越任何距离共享信息。

也许量子力学中最著名的实验是埃尔温薛定谔在1935年提出的思想实验：薛定谔的猫。这个实验显示了量子力学的奇特性质。这位奥地利物理学家想象一只猫在一个盒子里，盒子里装有一些可能杀死他的放射性物质。根据量子力学原理，猫会处于生与死的叠加状态，至少在我们打开盒子进行观察之前是如此。

把一只猫，一个装满氰化氢气体和放射性物质的玻璃烧瓶放在一个封闭的盒子里。当盒子里的监视器检测到腐烂的颗粒时，它会打碎烧瓶，杀死猫。根据量子力学的哥本哈根解释，经过一段时间的实验，猫会处于生与死的叠加状态。但是，如果实验者观察盒子内部，观察到的是一只活猫或者死猫，而不是一只既活又死的猫。这个事实引出一个谜题：量子叠加何时结束并坍缩成两种可能状态之一？图片和文字来源：维基百科

虽然这看起来很疯狂，但这个概念已经在量子尺度上被实验验证了无数次。但是，在我们熟悉的宏观世界里，一切都变得更简单，更符合我们的直觉。没有人见过叠加态或量子纠缠态的恒星、行星或猫。但自从20世纪初量子力学形成以来，科学家们一直在思考宏观世界和微观世界会在哪里相遇。也就是量子系统可以有多大？有没有可能让各种奇怪的属性直接影响到生物？在过去的二十年里，量子生物学开始形成并试图回答这些问题。这个学科为了探索量子理论的极限，提出并实现了一些在生物体上的实验。

根据多世界理论，每个事件都是一个分支点。不管盒子是关着的还是开着的，猫是生是死。但是，活猫和死猫在宇宙的不同分支。这些分支都是相同的真实，但是它们不能相互作用。图片和文字来源：维基百科

这些实验的结果看起来很吸引人，但并没有给出明确的答案。例如，今年早些时候，研究人员发现，生物通过光合作用获取养分的光合作用与一些量子效应有关。鸟类导航和人类嗅觉的过程也表明，量子效应以一种不寻常的方式影响生物体。但这些只是量子世界的冰山一角。目前还没有人能把生物放在叠加态或纠缠态，甚至单细胞细菌也不行。

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