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走進(jìn)量子力學(xué)的世界

 羅宋湯的味道 2019-06-27

量子力學(xué)的確難以理解,人們只能通過觀察、研究、思考,發(fā)現(xiàn)量子世界中各種顛覆“常理”的現(xiàn)象,但要追究這些現(xiàn)象產(chǎn)生的根本原因,大多數(shù)到目前為止仍是未知的。這不免為量子世界蒙上一層神秘色彩。

阿怪今天就和大家一起走進(jìn)“量子世界”,揭開量子世界的神秘面紗,看看“量子糾纏”到底是咋回事。


簡述量子力學(xué)

什么是量子

在物理學(xué)中,如果一個物理量存在一個最小的不可再分割的單位,就把這個最小單位稱為量子,并說這個物理量是量子化的。比如光量子(通常稱為:光子)、電荷量。

量子力學(xué)

是研究物質(zhì)世界微觀粒子運(yùn)動規(guī)律的物理學(xué)分支,主要研究對象是原子、分子、凝聚態(tài)物質(zhì),以及原子核和基本粒子(在不改變物質(zhì)屬性前提下的最小體積物質(zhì),目前發(fā)現(xiàn)的基本粒子多達(dá)60多種,如中微子、μ介子、各種宇宙射線粒子等)。

量子奇特的運(yùn)動現(xiàn)象

雙縫干涉實(shí)驗(yàn)示意圖

發(fā)現(xiàn)量子奇特運(yùn)動現(xiàn)象的著名實(shí)驗(yàn)就是雙縫干涉實(shí)驗(yàn):

目前實(shí)驗(yàn)技術(shù)水平已經(jīng)能做到發(fā)射單個光子(或者電子)。如果只打開其中任何一個狹縫,讓光子一個一個的通過狹縫打到屏幕上,結(jié)果看到狹縫后出現(xiàn)一個大亮斑,這一點(diǎn)兒也不奇怪;如果打開雙狹縫,仍然一個一個的發(fā)射光子,按照常識邏輯推理,光子要么通過上狹縫、要么通過下狹縫,應(yīng)該在屏幕上看見兩個大亮斑,然而實(shí)驗(yàn)結(jié)果卻是,在屏幕上出現(xiàn)了一排明暗相間的干涉條紋。實(shí)在是一個顛覆我們認(rèn)知的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,,顯然光子的運(yùn)動不遵循經(jīng)典力學(xué)的運(yùn)動規(guī)律!

無法確定的運(yùn)動

在沒有認(rèn)識量子世界之前,人們普遍認(rèn)為通過觀察、實(shí)驗(yàn)和計算等科學(xué)的方法一定能確定某個物質(zhì)的運(yùn)動情況,只是因?yàn)榭茖W(xué)技術(shù)的限制,還達(dá)不到完全準(zhǔn)確的精度而已;然而在研究了更多的量子運(yùn)動情況之后,科學(xué)家不得不打破這種觀點(diǎn),不得不承認(rèn)微觀量子世界運(yùn)動的不確定性——概率。

所以,我們在認(rèn)識量子世界的過程中,一方面需要我們把“常規(guī)”認(rèn)知和理解經(jīng)典世界的思維方式放到一邊,一方面也需要我們快速建立“量子”思維方式以更好的理解量子世界,正所謂“入鄉(xiāng)隨俗”。

最典型的就是科學(xué)家對原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)(原子核與外層電子的排布關(guān)系)的認(rèn)識變化:

以最簡單的氫原子舉例

量子力學(xué)把那個決定論的世界打破了。在量子世界里沒有任何事情是決定好的,一切都很隨機(jī),而正是這種不確定性賦予了人自由意志的可能。在經(jīng)典世界里一切都按自然規(guī)律運(yùn)行,人是沒有自由意志的。

人生沒有意義的世界是經(jīng)典物理世界,而不是量子物理世界。因此,如果量子力學(xué)正確,你就擁有無限的可能,你的人生充滿希望,生活很美好,世界很奇妙。當(dāng)然,量子力學(xué)是否正確目前仍處于是與否的疊加態(tài)。

所以你的人生有沒有意義也處在有和沒有的疊加態(tài),但是你可以自己選擇讓它坍縮到你想要的狀態(tài),也就是說人生有沒有意義取決于你自己的選擇。

經(jīng)典決定論是說,給定初始條件,那么由運(yùn)動方程,此后所有的運(yùn)動情況都被決定了。這里有兩個弱點(diǎn)。一個是,如果初始條件差之毫厘,由于運(yùn)動方程也不是簡單的一個方程(如果把全宇宙都看成一個方程,那么其中的變量將非常非常多)。所以最后是“誤差放大”,失之千里。第二個是,對于宏觀現(xiàn)象,即使是經(jīng)典的微觀,也會是作平均后的統(tǒng)計規(guī)律。這里面的例子就是,微觀動力學(xué)的可逆卻導(dǎo)致宏觀的不可逆。

微觀世界由量子力學(xué)描述。這是是說,微觀粒子由量子態(tài)描述。但是量子態(tài)卻是由一個運(yùn)動方程描述的。這里既有隨機(jī)性,又有決定性的規(guī)律。概率也是有規(guī)律的。

科學(xué)只是人類認(rèn)識世界的手段與方式。科學(xué)理論是人類觀察事物性質(zhì)及對其變化規(guī)律的總結(jié)和概括。任何科學(xué)理論都有其適用范圍丶條件與特定研究對象,都有其局限性,為局部的規(guī)律,而不是宇宙的全部和終結(jié)。量子理論亦是如此,只適用于微觀粒子世界,將其隨意擴(kuò)大化丶萬能化,適用到中觀世界及宏觀世界,甚至用來解釋人的生命意義及人類社會復(fù)雜的現(xiàn)象,完全違背科學(xué)的邏輯與本質(zhì),是極為荒謬的。

宇宙是不斷演化丶運(yùn)動與發(fā)展的,無窮無盡,無止無休。人類對宇宙的認(rèn)識也是隨著宇宙的演變發(fā)展而逐步深化,這一識過程永遠(yuǎn)沒有盡頭??茖W(xué)理論也在這一過程中被檢驗(yàn),完善,甚至揚(yáng)棄。如人類對燃燒現(xiàn)象的認(rèn)識。一個時期“燃素說”在科學(xué)界占統(tǒng)治地位,人們深信不疑,認(rèn)為燃素參與整個燃燒過程,后來人們發(fā)現(xiàn)了氧氣,“燃素說”被“氧化說”取代。

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