你能想象一只貓同時死亡和活著嗎？這是物理學家薛丁格在1935年提出的一個著名的思想實驗，用來說明量子力學中的一個重要概念——量子疊加。但是，這只貓只存在於我們的想象中，因為在現實世界中，我們從來沒有看到過這樣的情況。那麽，為什麽量子疊加只能在微觀尺度上出現，而在宏觀尺度上消失呢？這是一個物理學家們一直在探索的難題，也是量子力學和經典力學之間的一個基本差異。
近年來，物理學家們已經成功地將一些分子、原子和光子等相對較大的物體置於量子疊加態，創造了一些類似於薛丁格貓的實驗。但是，最近，一些來自瑞士的物理學家卻做出了一個驚人的突破，他們創造了世界上最重的薛丁格貓，將量子世界的奇異行為帶到了比以往任何時候都更大的尺度。他們的實驗是怎樣進行的呢？這個實驗又有什麽意義和價值呢？讓我們一起來探索這個更奇妙的量子世界吧。
量子疊加是指一個物理系統可以同時處於兩種或多種互相排斥的狀態，比如一個電子可以同時旋轉向上和向下，一個光子可以同時是波和粒子，一個原子可以同時衰變和不衰變。這些狀態只有在被觀測時才會塌縮為一個確定的結果，而在觀測之前，它們是以一定的機率同時存在的。
薛丁格用一只貓來做了一個極端的例子，來展示量子疊加在宏觀尺度上的荒謬性。他想象了一個不透明的盒子，裏面有一只貓、一個毒藥瓶和一個放射性物質。放射性物質有一定的機率在一定的時間內衰變，如果衰變了，就會觸發一個機制，開啟毒藥瓶，毒死貓。如果沒有衰變，就不會有任何事情發生，貓還活著。薛丁格說，根據量子力學的規則，在開啟盒子並觀測貓之前，貓應該處於死亡和活著的疊加態，即同時死亡和活著。這顯然與我們的常識相悖，因為我們從來沒有在現實世界中看到過這樣的情況。
那麽，為什麽量子疊加只能在微觀尺度上出現，而在宏觀尺度上消失呢？這是一個物理學家們一直在探索的難題，也是量子力學和經典力學之間的一個基本差異。有一種可能的解釋是，當一個量子系統與周圍的環境發生交互作用時，它就會失去它的疊加性，變成一個確定的狀態，這個過程叫做去相干。去相干的速度取決於系統的大小、溫度和復雜度，一般來說，越大、越熱、越復雜的系統，去相干的速度就越快。因此，對於一個像貓那樣的宏觀物體，它與環境的交互作用是如此之強，以至於它幾乎不可能保持疊加態，而是迅速地變成一個經典的物體。
但是，這並不意味著宏觀物體就不能表現出量子效應，只是需要一些特殊的條件和技巧，讓它們與環境隔絕，減少去相干的影響。近年來，物理學家們已經成功地將一些分子、原子和光子等相對較大的物體置於量子疊加態，創造了一些類似於薛丁格貓的實驗。但是，這些物體的品質和尺寸仍然遠遠小於我們肉眼可見的物體，距離真正的薛丁格貓還有很長的路要走。
然而，最近，一些來自瑞士的物理學家卻做出了一個驚人的突破，他們創造了世界上最重的薛丁格貓，將量子世界的奇異行為帶到了比以往任何時候都更大的尺度。他們的研究結果於2023年10月20日發表在【科學】雜誌上，引起了廣泛的關註和討論。
他們的實驗是這樣進行的：他們首先制造了一個沙粒大小的藍寶石晶體，這個晶體由大約100億個原子組成，重量約為16微克（16百萬分之一克），是肉眼可見的。然後，他們將這個晶體的一部份連線到一個超導電路上，這個電路可以產生一個強大的電磁場，使得晶體在兩個垂直的方向上振動，就像一個鐘擺一樣。接著，他們用一個雷射脈沖來激發晶體，讓它同時開始在兩個方向的疊加中振動，就像一個同時向左和向右擺動的鐘擺一樣。這樣，他們就創造了一個處於量子疊加態的晶體，相當於一只重達16微克的薛丁格貓。
為了證明他們確實創造了一只量子貓，他們還需要測量這個晶體的兩種振動狀態的空間分離，即它們在兩個方向上振動的振幅。這個振幅雖然很小，只有十億分之一米，但是它們與隨機的熱振動和量子振動明顯不同，可以被檢測到。為了做到這一點，他們用另一個雷射脈沖來探測晶體，然後用一個幹涉儀來分析反射回來的光，從而測量晶體的振動振幅。他們發現，晶體的振動振幅與他們的理論預測相符，證明了他們成功地創造了一只量子貓。
這個實驗的意義是什麽呢？首先，它展示了一種新的方法，可以將量子效應擴充套件到更大的尺度，突破了以往的限制。這對於理解量子力學的基本原理，以及探索量子和經典之間的邊界，有著重要的價值。其次，它為設計更強大的量子電腦提供了一種可能的途徑，因為這種晶體可以用來儲存和處理量子資訊，而且比傳統的量子位元更穩定和可靠。最後，它也為尋找重力波和暗物質等未知的物理現象提供了一種新的工具，因為這種晶體可以用來探測極微弱的訊號，而且比傳統的探測器更靈敏和精確。
當然，這個實驗也有一些局限和挑戰，比如，它需要在極低的溫度和極高的真空下進行，以減少環境的幹擾，而且它需要用到非常精密和復雜的裝置，以控制和測量晶體的振動。因此，要將這種技術套用到實際的問題上，還需要更多的研究和改進。
這個實驗是一個物理學上的重大突破，它讓我們看到了一個更奇妙的量子世界，也讓我們對未來的科技有了更多的期待和想象。也許有一天，我們真的能看到一只活生生的薛丁格貓，而不是只能在思想實驗中想象它。那時，我們會不會對它說：「喵，你到底是死了還是活著呢？」
