达尔文和爱因斯坦，如果这两个人的智慧碰撞，你会得到什么？
一种称为量子达尔文主义的理论可以被视为这样的结果。
该理论由波兰裔美国物理学家沃伊切赫·祖雷克教授提出。 Zurek 教授于20 世纪90 年代开始研究量子力学。基于环境退相干等理论，他首次提出量子达尔文主义，旨在统一微观世界的量子理论和宏观世界的经典物理理论。矛盾（这些矛盾经过长时间的讨论甚至跨入了哲学领域），并先后在顶级物理期刊PRL和NaturePhysics上发表文章，向世人展示这一神奇的理论。
（来源：自然物理学）
简而言之，量子达尔文主义认为，我们所熟悉的经典物理中物体的静止特性，具有确定的时空特性，例如位置和速度，实际上是在量子力学中选择的，就像自然选择一样。相同的。
尽管该理论已经存在很长时间，但量子达尔文主义直到去年才得到实验验证，来自中国、意大利和德国的研究小组独立完成了自己的验证。其中一项验证测试是由中国科学家潘建伟领导的团队完成的。
随着这些验证的实现，微观与宏观统一的新可能性正在人类文明面前徐徐展开。
（来源：广达）分裂突变的微观与宏观
在谈论量子物理时，我们通常将其与形而上学联系在一起，很大程度上是因为人们在日常生活中无法感受到量子力学的存在。 20世纪之前，以牛顿力学为代表的经典物理原理主导了人们对物理世界的认识。人们相信一切事物都必须在准确的时间有准确的位置。
直到马克斯·普朗克、阿尔伯特·爱因斯坦、尼尔斯·玻尔、维尔纳·卡尔·海森堡等量子力学先驱相继奠定了量子力学的基础，开辟了量子力学的神奇领域。
他们通过原子和亚原子维度存在的一系列神奇现象，宣告了经典物理学在微观世界的失败，并推导出了许多量子力学的经典理论。
可以说，概率、不确定性和状态叠加是量子力学的主题。例如，不可能定义电子（或其他微小粒子）的明确位置。只能确定电子出现在一系列位置的概率，因此我们使用电子云来定义原子核外电子的位置。
图丨电子云模型（来源：互联网）
一句话，支配微观世界的量子物理学遵循不确定性原理，而解释宏观世界的经典物理学则追求确定性。
两者之间的矛盾带来了一个终极拷问般的命题：现实世界是由原子组成的，遵循经典物理原理，而从原子层面考虑，则遵循量子力学。两者是如何统一在一起的呢？或者说，原子尺度的量子力学是如何体现经典物理原理的？
物理学家将这种突变称为量子经典跃迁。但事实上，对于不同尺度的世界是否会遵循不同的基本原则，或者两者之间是否不应该出现如此剧烈的突然转变，理论上一直存在分歧。
达尔文的理论是如何到达量子领域的？
过去几十年来，科学家们一直试图解释量子力学如何通过粒子或其他微观系统与周围环境的相互作用不可避免地演化为经典力学，并取得了许多令人瞩目的理论成就。
最经典的解释是哥本哈根解释。该理论综合了多位物理学家的观点，其主要焦点是波函数的塌缩。其中，哥本哈根解释认为，波函数代表了量子领域事物的发展状态，并以概率的形式呈现。正如撒贝宁在吐槽大会上所说，电子产品在快递中的状态是一个波函数，百分之五十可能好，百分之五十可能坏。整个状态是百分之五十好的和百分之五十坏的叠加。
如果想知道快递中的电子产品好坏，需要开箱检查。当我们检查时，电子产品的状态会从两种可能的状态：——好或坏——，转变为一种确定的状态，即波函数的崩溃。
历史上，还有一个著名的思想实验，叫薛定谔的猫，讲的也是同样的原理。
通过这两个例子不难看出，量子力学中的量子系统一般不能用某种状态来描述。它们只能通过多种可能的状态及其各自的可能性来描述。此外，为了准确确定系统的状态，必须进行测量，而测量本身可能会影响结果，导致波函数崩溃。事实上，波函数塌缩理论也解释了量子力学的不确定性与宏观物理的确定性之间的联系。
这里我们回忆一下这个连接是如何建立的：以快递为例，是通过拆开快递检查来建立的。在哥本哈根解释中，这称为经典仪器的测量，这种测量对系统的不确定性有影响。
接下来的问题是，为什么仪器测量时系统波函数会塌缩，又是如何塌缩的？
许多物理学家试图解释这一现象，最具代表性的理论是量子达尔文主义。
正如文章开头提到的，量子达尔文主义认为，宏观世界和经典物理中的物体具有一定的时空属性，比如位置和速度，这些时空属性实际上是在量子力学中选择的，就像自然选择一样。
从某种意义上说，这些选定的属性是最合适的。正如在自然选择中一样，物种被选择是为了最大程度地繁殖自己，选择的特性也是如此。经典物理学中存在或适用于经典物理学的性质和原理应该可以通过观察量子系统的无限多个独立观察者来获得。
其次，根据达尔文的进化论和自然选择理论，物种的进化或特征与其所处的环境密切相关，现有的物种必须适应环境。
换句话说，我们可以通过环境了解物种的相关信息。例如，沙漠中的生物必须非常耐旱，冰原上的生物必须非常耐寒。映射到量子达尔文主义，环境也起着非常重要的作用。祖雷克认为，环境相当于量子系统与观察者之间的信息通道。量子系统的各种状态的叠加都会通过这样的信息。信道传输给观察者，环境的特性决定了哪些信息将传输给观察者。传输次数最多的信息成为我们经典世界的物理定律，这就是从量子态到宏观经典物理的转变。改变。
三支团队独立实验首次揭开谜底
那么，这个听起来很神奇的理论到底意味着什么呢？
去年，量子达尔文主义首次得到实验验证。来自中国、意大利和德国的研究小组已经独立完成了自己的验证来帮助我们找到答案。从上面的介绍我们已经知道环境对量子系统的性质有影响，而我们能够观测到的经典物理性质应该是观测过程中最可重复的信息。
因此，三个团队的目标是一致的，那就是寻找量子系统中可以重复观察到的信息，类似于自然选择中寻找最多存在的物种，验证量子达尔文主义。
这是科学家们通过实验验证量子达尔文主义的第一步，但这可能是最重要的一步，因为他们相信量子达尔文主义可能是解释我们的固体现实如何从量子力学领域出现的正确方向。从许多可用的选项中。
（来源：陆朝阳/广达）
其中，中国团队由中国科学技术大学潘建伟教授、陆朝阳教授领衔，与意大利研究团队重合。在技术实现上，利用固态激光器发射单个光子形成简单的量子系统，利用其他光子形成量子系统的环境，并通过获取环境信息进行实验验证。实验细节和相关理论推论以论文形式发表在《科学通报》上。
实验中，他们首先通过光学器件将单光子量子系统与环境光子耦合起来，然后对环境光子进行探测，看看单光子量子系统有哪些信息。具体来说，在这种情况下，他们检测到的是光子的偏振（其电磁场的振动方向）。
据广达报道，潘建伟解释说，实验中任何微小的环境扰动都可能对观测系统产生巨大影响，提供可观测的经典物理信息。实验结果正如他所说，仅仅检测一个充当环境的光子就可以获得相当多的单光子系统的偏振信息，而检测多个光子的信息后，获得的信息大致相同，这与量子达尔文主义是一致的。与描述一致。
图丨德国乌尔姆大学物理学家Fedor Geretsko教授（来源：乌尔姆大学/Quanta）
德国乌尔姆大学的一个研究小组使用了不同的实验装置。值得一提的是，该团队由光学量子物理学家Fedor Jelezko 教授领导。在研究过程中，德里兹科与量子达尔文主义的提出者祖雷克关系密切。
该团队在实验过程中，也采用了量子系统+环境监测的结构。首先，Gerezko 的团队通过用氮原子取代钻石中的碳原子形成了一个量子系统。具体地，由于氮原子比碳原子多一个电子，因此氮原子与碳原子成键后，多余的电子无法在金刚石晶格中形成键。它成为一个孤独的个体，有自己的旋转自由度，可以抬头或低下。这构成了一个典型的量子系统，因为它的状态是不确定的，并且是两种可能状态的叠加。
然而，该孤电子的自旋态能够与金刚石晶格中大约0.3% 的碳核发生磁性相互作用。事实上，这0.3%的碳核是碳13，碳的同位素之一。与常见的碳12不同，碳13的天然含量要小得多，约为0.3%，而且其核的内部结构也略有不同。它比碳12多一个中子。 Gerezko 指出，大约每个孤电子都与附近的四个碳13 原子核耦合，距离约为1 纳米。
实验装置完成，孤电子成为量子系统，其周围的碳13原子核成为探测环境。
接下来就是改变量子系统的状态。在这种情况下，就是利用激光改变孤电子的自旋方向，然后探测环境中的碳13原子核，从而验证量子达尔文主义。在去年9月的文章初稿中，团队表示，他们观察到了一种类似于量子达尔文主义中描述的现象：孤单电子的自旋方向被环境记录下来，检测到的碳13原子核越多，距离就越近。获得的信息。
图片| Zurek（来源：洛斯阿拉莫斯国家实验室提供）
对于这样的实验结果，祖雷克表示，实验本身只是量子达尔文主义的模拟近似。
可以说，实验验证了量子系统的状态与环境的关系，也支持了量子达尔文主义。然而，很难说这些实验完全证明了量子达尔文主义的正确性。因为这些实验仍然没有证明或解释量子物理和经典物理之间的转换，也没有证伪经典物理定律的其他可能发生的情况。也许我们最需要的是更先进的探测设备，先进到可以探测量子系统的状态变化，并区分不同理论解释之间的差异。
时至今日，我们仍然无法辨别量子达尔文主义的真伪。它的存在仍然遵循量子力学理论，既真又假。物理学家所能做的就是不断寻求真理并使其真实性更加清晰。最终，量子达尔文主义的真实性将崩溃于一种情况。
此外，量子达尔文主义距离主流理论还很远，这一点从发表相关文章的学术期刊上就可以看出。然而，量子达尔文主义确实为量子经典转换提供了可能的解释。未来我们只能拭目以待相关研究成果。正如潘建伟团队在文章中所写，这是验证量子达尔文主义的第一步。未来，将会有更多成果。
