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量子力學(xué)到底為什么讓人感到害怕?科學(xué)家究竟發(fā)現(xiàn)了什么?

 虛空之漂者 2023-08-03 發(fā)布于天津

人類是地球上最有智慧的生命,從人類誕生以后就開始不斷的研究和探索世界的奧秘,經(jīng)過幾千年的科技發(fā)展,現(xiàn)在人類已經(jīng)能夠走出地球探索宇宙,這說明人類科技發(fā)展的速度非???,人類能夠有如此之快的發(fā)展速度,主要離不開人類歷史上的一些科學(xué)家,比如說牛頓、哥白尼、伽利略、愛因斯坦、玻爾、薛定諤等等,這些偉大的科學(xué)家給人類科技發(fā)展起到了非常重要的作用,如果沒有這些偉大的科學(xué)家,那么人類科學(xué)要倒退幾百年的時間,在19世紀的時候,科學(xué)家認為我們已經(jīng)解開了世界上所有的問題,比如說在遠低于光速的情況下,牛頓的經(jīng)典力學(xué)能夠解釋所有的機械問題,電磁現(xiàn)象被總結(jié)為麥克韋方程。

光現(xiàn)象能夠被波動定律解釋,熱現(xiàn)象能夠被熱力學(xué)解釋,在高于光速的情況下,相對論能夠解釋宇宙萬物,就在人類以為自己已經(jīng)解開了所有的奧秘時,科學(xué)家突然發(fā)現(xiàn),在微觀世界中,這些定律無法適用,為了解開微觀世界的奧秘,在19世紀的時候,眾多科學(xué)家普朗克、玻爾、海森堡、薛定諤、愛因斯坦等人一起創(chuàng)立了量子力學(xué),量子力學(xué)是描述微觀物體的理論,它和相對論一起被認為是現(xiàn)代物理學(xué)的兩大支柱,從學(xué)科本質(zhì)上來說,量子力學(xué)就是研究分子、原子、原子核以及其它基本粒子的性質(zhì)、結(jié)構(gòu)的基本理論,正因為有了這個基礎(chǔ)理論,人們才能夠?qū)ξ⒂^世界進行進一步的探索和總結(jié)。

如今量子力學(xué)已經(jīng)成為了科學(xué)探索不可缺少的一部分,但是隨著科學(xué)家對它深入研究,科學(xué)家不僅僅知道了許多人類之前不知道的事情,同時也推導(dǎo)出了許多讓人覺得不可思議,甚至感到害怕的結(jié)論,在很多科學(xué)家的傳統(tǒng)認知當(dāng)中,科學(xué)是嚴謹?shù)?、確定的、愛因斯坦就是這種想法的代表人物,他是一個忠實的機械決定論者,認為宇宙中不可能有真正的偶然和隨機,如果某件事情看起來是偶然的、隨機的、那么肯定是人們還沒有發(fā)現(xiàn)它背后的規(guī)律,導(dǎo)致無法計算出準確的結(jié)果,不過量子力學(xué)的出現(xiàn)打破了這個傳統(tǒng)觀點,量子力學(xué)認為,所有的事物都能夠在同一時間擁有不同的狀態(tài),事情的結(jié)果會在被觀測的那一剎那坍縮成所謂的事實,而出現(xiàn)的事實是完全隨機的,但事實的概率需要看哪種成分在疊加態(tài)中占的比例多。

愛因斯坦認為這種說法違背了物理學(xué)的嚴謹、精確、所以他說出了那句經(jīng)常被后人提起的話,上帝不擲骰子,在上世紀30年代,一些量子力學(xué)的科學(xué)家們,發(fā)現(xiàn)了量子世界有很多和經(jīng)典宏觀世界不一樣的奇異特性,比如說:無法精確測量微觀粒子的動量和位置,也就是所謂的不確定性原理,一個系統(tǒng)的量子態(tài)能夠用波函數(shù)來描述,但是這只是概率問題,觀測會導(dǎo)致波函數(shù)的坍縮,粒子具有波粒二象性,但不可能同時展現(xiàn)兩種行為,量子糾纏的超距瞬時作用等等,在這些發(fā)現(xiàn)的基礎(chǔ)上,建立了一系列量子力學(xué)理論,促進了量子力學(xué)的發(fā)展,創(chuàng)立這些理論的科學(xué)家當(dāng)時聚集在丹麥首都哥本哈根大學(xué)進行研究和討論。

量子力學(xué)到底為什么讓人感到害怕?科學(xué)家究竟發(fā)現(xiàn)了什么?

當(dāng)時提出量子力學(xué)理論的叫做哥本哈格學(xué)派,在當(dāng)時,哥本哈根詮釋違背了經(jīng)典理論和人們平常觀測到的一些常識,因此不但民間理解不了,就連一些著名的科學(xué)家也無法接受,愛因斯坦和薛定諤就是這些物理學(xué)家們的代表。愛因斯坦就是針對哥本哈根詮釋提出“上帝不會擲骰子”的。他認為,之所以現(xiàn)在無法精準測量和預(yù)測微觀粒子的一些運動狀態(tài),是因為其中有一些隱藏著的“隱變量”還沒有被發(fā)現(xiàn),因此,這些理論是不完備的。通俗地說,就是愛因斯坦認為,量子理論還是一個不完備的半拉子理論,還有許多深層次規(guī)律沒有揭示出來,所以才會有一些奇異現(xiàn)象無法解釋。

由此,“上帝不會擲骰子”的意思就很明確了,就是說規(guī)律這個“上帝”不會隨機亂點鴛鴦譜,微觀世界的一些現(xiàn)象也有其遵從的自然客觀規(guī)律,只要找到還沒有弄清楚的那些“隱變量”,這些奇異現(xiàn)象就會變得可以理解和預(yù)見了。作為愛因斯坦的同盟軍,薛定諤提出了一個著名的思想實驗:薛定諤的貓,其大概意思是:將一只貓放在一個封閉的箱子中,這個 箱子中裝有少量的鐳和氰化物,鐳存在一定的衰變幾率,這個幾率是百分之50,如果鐳發(fā)生衰變就會觸發(fā)機關(guān)打碎裝有氰化物的瓶子,這時候毒氣就會被釋放,貓就會死亡,如果鐳沒有發(fā)生衰變,那么毒氣就不會被釋放出來,貓就不會死亡,按照經(jīng)典物理學(xué)的解釋,貓只能夠有一種可能性,要么死亡,要么活著。

量子力學(xué)到底為什么讓人感到害怕?科學(xué)家究竟發(fā)現(xiàn)了什么?

但是按照量子力學(xué)的解釋,由于放射性的鐳處于衰變和沒有衰變的兩種疊加態(tài)中,所以貓也處于死亡和活著的疊加態(tài)當(dāng)中,當(dāng)時愛因斯坦聽了這個思想實驗后非常高興,愛因斯坦認為,在現(xiàn)實生活中,不可能存在一種即死又活的貓,但是根本哈根學(xué)派認為,如果在微觀世界中,沒有打開盒子之前,貓就處于死亡和活著的疊加態(tài)當(dāng)中,在打開盒子的一瞬間,所謂的波函數(shù)坍塌,量子回歸到本征態(tài),貓的生死就確定了,如果按照哥本哈根學(xué)派的觀點,我們能夠理解為:在我們還沒有打開箱子之前,箱子里面其實存在兩只貓,一種是死亡以后的貓,還有一種是活著的貓。

量子力學(xué)到底為什么讓人感到害怕?科學(xué)家究竟發(fā)現(xiàn)了什么?

這時候兩只貓?zhí)幱诏B加狀態(tài),但是當(dāng)我們打開箱子之后,其中一種疊加態(tài)就消失了,這時候其中一只貓就消失了,而我們看到的結(jié)果其實是另一只貓,后來薛定諤的貓還被用于證明平行宇宙的理論,原本薛定諤的貓是為了反對量子力學(xué)的思想實驗,但是后來卻成為了科普量子力學(xué)最生動的例子,玻爾和愛因斯坦的爭論經(jīng)過了很長的時間,在1955年,愛因斯坦去世都沒有分出對錯,但是在1964年,英國物理學(xué)家約翰.斯圖爾特.貝爾發(fā)表了貝爾不等式,這才使得愛因斯坦和玻爾的爭論告一段落,貝爾證明了定域性和隱變量不相容,如果一個隱變量定理是正確的,那么一定會出現(xiàn)一個滿足物理現(xiàn)象,一個會限制物質(zhì)現(xiàn)象,如果該不等式給出了這個限制不滿足,那么就不存在正確的隱變量。

量子力學(xué)到底為什么讓人感到害怕?科學(xué)家究竟發(fā)現(xiàn)了什么?

貝爾不等式還說明了一個問題,局域性和實在性至少有一個問題,或者兩個都有問題,不可能同時存在,這在后來證明了量子力學(xué)中的不可觀測性,貝爾不等式的出現(xiàn)證明了愛因斯坦錯了。如今相對論和量子力學(xué)已經(jīng)成為了現(xiàn)代物理學(xué)的兩大支柱,量子力學(xué)對經(jīng)典物理產(chǎn)生了非常大的影響,甚至這種影響已經(jīng)超出了物理學(xué)本身的范疇,成為人類看到世界、看待問題的一種新的思維方式,宇宙的本質(zhì)是什么?黑洞的本質(zhì)是什么?人類究竟能不能夠超越時空?這些都可能和量子力學(xué)有關(guān)系,在2016年的時候,醫(yī)學(xué)教授羅伯特?蘭薩(RobertLanza)從量子力學(xué)角度切入,用大量的論證證明所謂的“死亡”并不是生命真正的終點,它只是一種意識幻象。

他指出,死亡是無法被描述和定義的,它只存在于人類的意識中。蘭薩在研究中發(fā)現(xiàn),當(dāng)然人類的肉體因死亡停止活動時,意識信息其實仍在活動,這些量子信息或許就是所謂的“靈魂”。當(dāng)肉體走向終結(jié)時,意識將會在另一個世界重新開始。在量子力學(xué)的中,科學(xué)家通過大量反復(fù)的實驗證明,如果將同一量子體系分成幾個部分,那么當(dāng)你檢測到其中一種狀態(tài)時,其他部分將會立即調(diào)整到你所看到的部分的狀態(tài),仿佛它根本就是一個擁有智慧的生命體,量子力學(xué)的可怕就在于,人類無法拿捏它,在經(jīng)典物理學(xué)中,我們能夠通過計算、公式,得出一個事物的最終結(jié)果。

比如說我們將籃球拋向空中,即使我們不用觀測它,籃球最終也會落到地面上,而這個結(jié)果是確定的,而且科學(xué)家能夠通過拋籃球使用的力量,計算出籃球回彈的高度是多少、回彈的次數(shù)是多少,這就相當(dāng)于我們通過計算,就能夠得知未來發(fā)生的一些事情,但是量子力學(xué)告訴我們,未來是未知的,我們無法控制變數(shù),而且我們都無法計算出后面的結(jié)果,這樣科學(xué)家感到非常不可思議,畢竟任何事情,一旦不再人類的掌控之中,那么人類就會感到恐慌,在量子力學(xué)當(dāng)中,除了薛定諤的貓之外,還有量子糾纏,到現(xiàn)在科學(xué)家都不明白量子糾纏的原理是什么。

量子糾纏指的是:處于糾纏狀態(tài)的兩個量子,不論相隔多遠的距離,都會存在一種關(guān)聯(lián),其中一個量子狀態(tài)發(fā)生了改變,另一個量子的狀態(tài)也會瞬間發(fā)生相應(yīng)的改變,這種現(xiàn)象能夠無視空間的限制,其實量子糾纏就類似于心靈感應(yīng),可能很多人都聽說過一些雙胞胎之間存在心靈感應(yīng),當(dāng)兩個人存在不同的城市中,其中一個人受了傷,另一個人也能夠感應(yīng)到,有很多科學(xué)家認為,心靈感應(yīng)就是一種量子糾纏現(xiàn)象,著名的物理學(xué)家愛因斯坦第一次知道量子糾纏之后,都覺得不可思議,愛因斯坦將其稱為“鬼魅般的超距作用”,認為它是錯誤的。

量子糾纏能夠無視距離,目前有很多科學(xué)家認為是因為它們之間存在疊加態(tài),如果兩個粒子一開始具有某種共同的關(guān)系,那么即便兩個粒子分開,其疊加態(tài)也是纏繞在一起的,而量子糾纏正是這種疊加態(tài)相互纏繞的體現(xiàn),比如說,一個具有0自旋的粒子突然衰變了,變成了兩個粒子,那么這兩個粒子由于都是由同一個粒子衰變而來的,所以在最初狀態(tài)就建立了聯(lián)系,未來,不管這個兩個粒子距離有多遠,這種聯(lián)系會一直存在,具體表現(xiàn)就是疊加態(tài)的相互纏繞,糾纏粒子之間的疊加態(tài)會超越空間和時間進行相互作用。如果說我們將其中一個粒子放在火星上,另一個粒子放在地球上,只要我們影響地球上的粒子,那么火星上面的粒子也會受到影響。

量子力學(xué)到底為什么讓人感到害怕?科學(xué)家究竟發(fā)現(xiàn)了什么?

現(xiàn)在科學(xué)家已經(jīng)證明了量子糾纏確實存在宇宙當(dāng)中,但是它的原理到底是什么?目前科學(xué)家也只能夠猜測,在量子力學(xué)當(dāng)中,可能還存在很多我們不知道的秘密,人類還需要進一步的研究才行,縱觀量子力學(xué)100多年的歷史,其實就是物理學(xué)大廈傾覆重建的歷史,那些曾經(jīng)被侍奉為經(jīng)典的理論被拉下神壇,那些在人類正常認知中不可能正確的事情成為了事實,在反直覺方面,沒有任何理論能夠和量子力學(xué)媲美,曾經(jīng)著名的物理學(xué)家費曼說:沒有人能夠懂量子力學(xué),如果你覺得你懂了,那你絕對不是真的懂了。在量子力學(xué)的視角下,我們生活的世界其實遠比我們想象中的更加復(fù)雜。

畢竟誰都不會知道,下一秒我們的世界會發(fā)生什么,在這個充滿隨機的世界中,人類并不是地球的主宰,也不可能成為宇宙的主宰,我們只是在宇宙的規(guī)則下生活著,對于我們無法預(yù)知的事情、無法控制的結(jié)果,往往都會產(chǎn)生害怕,即便人類是地球上最有智慧的生命,也無法擺脫這一點,小編認為,或許人類未來能夠繼續(xù)完善量子力學(xué),但是想要真正解開宇宙的奧秘,光憑量子力學(xué)是不夠的,畢竟宇宙中隱藏著太多我們不知道的奧秘了,小編希望人類能夠早日實現(xiàn)自己的夢想,對此,大家有什么想說的嗎?

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