今天,讓我們轉(zhuǎn)換視角,不再聚焦于實驗本身的操作流程,而是深入剖析其令人驚嘆的實驗結(jié)果,思考這些結(jié)果可能為我們揭示的關(guān)于世界本質(zhì)的奧秘。 在此需著重說明,以下的思考并非毫無根據(jù)的天馬行空,而是緊密依托現(xiàn)有物理理論展開的大膽設(shè)想。讀完本文,你或許會覺得它既非傳統(tǒng)意義上的科普文,也不完全等同于科幻作品,更像是二者相互交融的獨特探索。 那么,讓我們正式踏上這場充滿未知的思想之旅。 電子雙縫干涉實驗并非僅有單一版本,隨著科學(xué)探索的不斷深入,科學(xué)家們持續(xù)對其進(jìn)行升級優(yōu)化,試圖揭開實驗過程中那些詭異現(xiàn)象背后的真相。 然而,直至今日,這一實驗仍舊像一座神秘的迷宮,眾多科學(xué)家深陷其中,卻始終未能找到一個確鑿無疑的定論。 電子雙縫干涉實驗之所以被視為 “恐怖” 的科學(xué)探索,并非源于實驗操作本身的驚悚,而是其結(jié)果所引發(fā)的深刻思考,有可能徹底顛覆我們長久以來所秉持的宇宙觀與世界觀,引領(lǐng)我們觸及 “時間本質(zhì)”“時空穿梭” 甚至 “宇宙真相” 的關(guān)鍵鑰匙。 尤其是延遲選擇實驗,宛如一扇隱秘的窗扉,讓我們得以窺探到造物主似乎暗藏的 “陰謀”。這究竟是為何呢? 在實驗進(jìn)程中,當(dāng)我們對電子 “視而不見”,不去實施觀測時,電子就像一位神秘的舞者,呈現(xiàn)出無處不在的波動狀態(tài),仿佛能夠同時現(xiàn)身于任何不同的地方,此時我們眼前的世界猶如被一層薄紗籠罩,模糊而不確定。 然而,一旦我們開啟觀測行為,電子的波動性便會如同夢幻泡影般瞬間坍縮,搖身一變成為具有確定性位置的粒子,只能出現(xiàn)在某個特定之處,于是我們又重新觀測到了一個清晰確定的世界。這一現(xiàn)象,難道不比奇幻的魔法更為神奇莫測嗎? 而由此引發(fā)的一系列連鎖反應(yīng),才真正讓我們感受到深深的震撼與恐懼。 首先,宏觀世界也存在這種模糊的“疊加態(tài)”? 從某種程度而言,電子、光子等微觀粒子展現(xiàn)出模糊不定的疊加態(tài),這在一定范圍內(nèi)尚可被人們所接受,畢竟微觀粒子的世界充滿了奇特的量子特性,疊加態(tài)便是其中之一。 然而,不知你是否深入思考過,微觀與宏觀之間,究竟是否存在一條涇渭分明的分界線?一個粒子,究竟尺寸多小才算微觀,多大又該歸為宏觀呢? 這并非一個能夠簡單一刀切給出答案的問題,恰似小孩與大人之間,并沒有絕對清晰的界定標(biāo)準(zhǔn)。本質(zhì)上,小孩成長為大人的過程,是一個逐漸積累、量變引發(fā)質(zhì)變的過程;微觀到宏觀的轉(zhuǎn)變,也是如此。 這就意味著,從理論層面推斷,我們所處的宏觀世界理應(yīng)同樣存在微觀粒子所具有的那種 “疊加態(tài)”,即處于一種不確定的模糊狀態(tài)。我們生活中的每一秒、每一分鐘、每一天,從微觀角度審視,其實都蘊含著無窮多個可能性的疊加。 然而,由于我們的世界時刻充斥著各種觀測行為,無論是人類有意為之,還是其他因素導(dǎo)致的等效觀測,都使得宏觀世界的疊加態(tài)在瞬間就坍縮為唯一的確定結(jié)果。 換言之,在我們?nèi)粘8兄暮暧^世界里,難以直觀地察覺到疊加態(tài)的存在。但理論上確鑿無疑的是,宏觀世界的未來,確實是一個擁有無限可能性的 “混沌” 模糊狀態(tài)。 恰恰是因為各類觀測行為的存在,這種模糊的混沌狀態(tài)才不斷坍縮,最終呈現(xiàn)為我們每天所看到的客觀存在的唯一狀態(tài)。簡單來說,在任何時刻,我們都面臨著無窮多個選擇,這些選擇就如同模糊狀態(tài)下的 “疊加態(tài)”。 而當(dāng)我們下定決心做出選擇的那一刻,疊加態(tài)便瞬間坍縮為唯一的確定狀態(tài),這也就決定了我們在那個時刻只能有一種選擇。這仿佛我們每時每刻都站在一條擁有無窮多個岔口的道路上,最終只能擇其一而前行。 所以,從特定意義上講,不僅僅是微觀粒子,宇宙間的萬事萬物都應(yīng)當(dāng)具備 “疊加態(tài)” 這種模糊屬性。 其次,時空是不連續(xù)的。 長久以來,在人們的傳統(tǒng)認(rèn)知中,物體似乎是可以無限細(xì)分下去的。 然而,普朗克長度的出現(xiàn),它讓我們清晰地認(rèn)識到,時空并非能夠毫無限制地細(xì)分,而是存在著最小的有意義長度,即普朗克長度。任何小于普朗克長度的單位,在物理學(xué)的范疇內(nèi)都失去了實際意義。 不僅長度如此,時間同樣無法無限細(xì)分,存在著最小的時間單位 —— 普朗克時間。 這一發(fā)現(xiàn)揭示了由時間和空間共同構(gòu)成的時空結(jié)構(gòu),實際上并非連續(xù)平滑的整體,而是具有不連續(xù)性。盡管在日常生活中,我們真切地感受到時間的流逝是連續(xù)且平滑的,但事實并非如此。 時間就像一位跳躍的舞者,從一個普朗克時間瞬間跳躍到下一個普朗克時間。 只不過,由于普朗克時間極其短暫,短到超乎我們的想象,所以我們的感官無法直觀地察覺到這種斷斷續(xù)續(xù)的跳躍。普朗克時間與普朗克長度緊密相連,普朗克時間的定義為光在真空中飛行一個普朗克長度所耗費的時間。 時空的這種不連續(xù)性表明,時空結(jié)構(gòu)并非是一個完美光滑的整體,而是由近乎無窮多個不可分割的極小部分組合而成。 為了更形象地理解這一概念,我們可以以看電視為例。電影在我們眼中呈現(xiàn)出連續(xù)平滑的狀態(tài),然而實際上,電影畫面并非真正連續(xù),而是由每秒播放固定幀數(shù)的一張張靜止照片組成。理論上,幀數(shù)越高,電影畫面看起來就越流暢絲滑。 例如,當(dāng)幀數(shù)設(shè)定為 48 時,就意味著在電影這個虛擬世界里,最小的時間刻度為 48 分之一秒。倘若人眼在一秒內(nèi)的分辨能力能夠達(dá)到 48 次,那么原本看似平滑連續(xù)的電影畫面,就會被我們清晰地看到是由一張張靜止的照片構(gòu)成。 而在相鄰的照片之間,其實是一片漆黑,這類似于我們通常所說的虛無或者混沌狀態(tài)。 這種狀態(tài),與我們現(xiàn)實世界中兩個相鄰的普朗克時間之間的狀態(tài)極為相似,處于虛無或混沌之中,不具備任何實質(zhì)意義。同樣地,我們對現(xiàn)實空間和物體運動的理解也可以參照此例。由于普朗克長度的存在,我們所看到的物體看似連續(xù)的運動,實際上也是以跳躍的方式進(jìn)行的。 至于在跳躍的過程中究竟發(fā)生了什么,以我們目前的認(rèn)知水平,無論如何都難以知曉。因為在兩個相鄰的普朗克長度之間,是一段沒有實際意義的存在,宛如一個神秘的 “黑箱”,隱藏著未知的奧秘。 還有,很多人熟知的相對論。 相對論作為現(xiàn)代物理學(xué)的重要基石,包含狹義相對論和廣義相對論。讓我們先來深入探討?yīng)M義相對論。 狹義相對論的一個重要前提假設(shè)便是光速不變原理,簡單來說,無論光速與其他任何速度如何疊加,其結(jié)果依舊是光速。 在經(jīng)典物理學(xué)的速度疊加觀念中,存在這樣一個常見的例子:假設(shè)你身處一列高速行駛的火車之上,此時你打開手電筒,而我靜止站在地面上。 按照經(jīng)典理論,在我眼中,手電筒發(fā)出的光的速度應(yīng)該是火車的速度加上光在真空中的速度,這樣一來,觀測到的光速就會大于光在真空中的速度,這顯然與光速不變原理相悖,從而產(chǎn)生了悖論。 為了化解這一矛盾,確保光速不變原理的正確性,火車上的時間進(jìn)程就必然要相對變慢。只有這樣,才能保證從火車上觀測到的手電筒發(fā)出的光的速度,在不同參考系下都恒定保持為光速。 由此,狹義相對論得出了一個令人驚訝的結(jié)論:物體的運動速度越快,其時間流逝就越慢。若借助電影中 “換幀” 的概念來理解,速度越快的物體,其 “換幀” 的速度就會越慢。 這意味著時間并非絕對不變,而是具有相對性。不同的人,由于所處的運動狀態(tài)不同,感受到的一秒時長其實是不一樣的。在極端情況下,你的一秒有可能相當(dāng)于我的一年,當(dāng)然,這需要你的速度足夠快,快到接近光速。 然而,從每個人自身的主觀感受角度來看,無論其運動速度如何,對一秒的感受都是相同的。這是因為,每個人經(jīng)歷的一秒時間內(nèi),總的 “換幀數(shù)” 是固定不變的。 我們?nèi)砸噪娪爱嬅鏋槔?,無論是對電影進(jìn)行快進(jìn)還是慢放,電影畫面中的人物自身是無法察覺到這種播放速度變化的。假設(shè)電影中的人物具有意識,我們錄制下該人物一秒鐘內(nèi)的某個動作視頻,并將這段一秒鐘的動作分別以正常播放和慢放 10 倍的方式呈現(xiàn)。 在這兩種播放模式下,視頻中的人物都會主觀地認(rèn)為自己僅僅經(jīng)歷了一秒鐘。在沒有任何外部參照系的情況下,任何人對一秒的感受都是一致的,因為在這一秒的時間跨度內(nèi),“換幀數(shù)” 始終是以一秒除以普朗克時間來確定的,是一個固定值。 也就是說,無論你所乘坐的飛船速度有多快,無論它多么接近光速,只要你始終不離開飛船,那么你在飛船上度過的一生,從自身感受而言,與你在地球上度過的一生并無本質(zhì)區(qū)別。 理論上,在你于飛船上度過一生的這段時間里,地球上的時間可能已經(jīng)過去了幾百萬年,人類甚至可能已經(jīng)走向世界末日,但你對此卻渾然不知。即便你知曉了地球上時間的巨大變化,對于你自身而言,其實也沒有太大的實際意義。 這是為什么呢? 因為只要你不離開飛船,就永遠(yuǎn)無法回到地球上。 理論上,你或許能夠觀測到地球時間在飛速前進(jìn),仿佛在以 10 倍速度快進(jìn)電影,但地球上的人們并不會感覺到時間真的在加速流逝,而你也無法親身去感受地球上時間的這種 “快進(jìn)” 狀態(tài)。 實際上,地球上的每個人在某種程度上,都生活在他人的過去或者未來,只不過這種時間差異極其微小,我們根本無法察覺。 如果要切實感受到這種時間差異,目前有兩種途徑:其一,以接近光速(亞光速)飛行一段時間后,再返回地球;其二,在強大的引力場附近停留一段時期,然后重返地球。這兩種方式都會導(dǎo)致時間變慢,當(dāng)你再次回到地球時,會驚訝地發(fā)現(xiàn),地球時間已經(jīng)過去了幾年、幾十年甚至更長時間,這就相當(dāng)于你穿越到了地球的未來。 這個原理相信許多人都有所了解,而我們還可以從一個更為新穎、激進(jìn)的角度來理解,那就是借助前文所提及的 “宇宙換幀” 概念。 兩個相鄰的普朗克時間之間的跳躍,我們可以通俗地理解為 “宇宙換幀”。當(dāng)你的速度無限接近光速時,意味著你的一個普朗克時間相較于靜止物體的普朗克時間會更長,理論上甚至可以趨近于無限長。 此時,你實際上已經(jīng)無法進(jìn)行正常的 “宇宙換幀” 了。而你此時處于宏觀上類似 “量子疊加態(tài)” 的狀態(tài),同時又是觀測者,按照正常情況,時間本應(yīng)隨著 “普朗克時間” 的推移而無窮分裂,進(jìn)而分裂出無窮多個平行宇宙空間,每次 “換幀” 實際上都應(yīng)當(dāng)包含平行宇宙的分裂過程。 然而,由于你速度無限接近光速,“宇宙換幀” 停止了,這就使得無窮個可能性和開端全部疊加在同一個時空中,根據(jù)質(zhì)能等價原理,便產(chǎn)生了無窮大的質(zhì)量。這也就解釋了為什么物體運動速度越快,其質(zhì)量就越大。 許多人可能會有疑問:如果物體以光速飛行,質(zhì)量變得無窮大,那么如此巨大的質(zhì)量最終難道不會塌陷成為黑洞嗎?如果真的如此,這是否意味著利用速度進(jìn)行時空旅行就成為了不可能,從而產(chǎn)生悖論呢? 實際上,這種擔(dān)憂是多余的,并不會出現(xiàn)這樣的情況。 那么,其中的原因究竟是什么呢? 如果你想要實現(xiàn)光速飛行,目前理論上存在以下兩種可能性:其一,你轉(zhuǎn)變?yōu)闆]有靜質(zhì)量的存在形式,就如同光一樣,以波的形態(tài)存在;其二,你進(jìn)入 “玻色 - 愛因斯坦凝聚態(tài)”。 那么,“玻色 - 愛因斯坦凝聚態(tài)” 究竟是一種怎樣的狀態(tài)呢? 這種狀態(tài)是指在極度逼近絕對零度的極端環(huán)境中,物質(zhì)的所有粒子都處于靜止?fàn)顟B(tài)或者同步運動狀態(tài)。此時,粒子不再具備 “量子疊加態(tài)” 的特性,自然也就不會產(chǎn)生任何分裂現(xiàn)象。 早在 20 世紀(jì)末,美國科學(xué)家就成功創(chuàng)造出了玻色 - 愛因斯坦凝聚態(tài)。在極其接近絕對零度的環(huán)境下,絕大多數(shù)金屬原子都會處于相同的量子態(tài)。 在理想狀態(tài)下,如果你仍有意識,完全可以在粒子加速器中被加速到光速,從而前往未來。在整個加速過程中,由于處于 “玻色 - 愛因斯坦凝聚態(tài)”,不會出現(xiàn)量子疊加現(xiàn)象。相對而言,第二種方式在理論上更容易實現(xiàn)。 廣義相對論的核心要義在于 “時空扭曲”,質(zhì)量和能量都具備扭曲時空的神奇能力,并且質(zhì)量越大,對時空的扭曲程度就越高。 依據(jù)膜宇宙理論,我們所處的宇宙實際上就如同一張 “3D 膜”,也可稱之為膜世界。在廣袤無垠的宇宙中,還存在著許多其他的膜世界。所有的物質(zhì)都被限制在各自所在的膜上,每一張膜都構(gòu)成了一個相對獨立的完整宇宙。 膜宇宙的概念源自弦理論,在此我們暫不深入展開探討。 那么,為什么黑洞沒有時間概念呢? 這是因為時間和空間是一個不可分割的整體,從本質(zhì)上講,時間是某個空間跳躍到其他空間所產(chǎn)生的一種表現(xiàn)形式。而黑洞由于其擁有極其強大的引力,能夠無限拉伸時空結(jié)構(gòu),甚至有可能將時空拉伸到直接與另一個膜宇宙相連通的程度。兩個膜宇宙之間的距離,實際上就近似于一個 “普朗克長度”。 對于黑洞而言,到達(dá)其他膜宇宙的過程才相當(dāng)于一次 “換幀”。因此,相較于宇宙的其他地方,黑洞內(nèi)部根本不會有時間的變化,它仿佛是一個永恒的存在。這同時也意味著,從理論上來說,穿越黑洞就等同于穿越到了另一個宇宙,開啟一場跨越不同宇宙維度的奇幻之旅。 最后一個問題,上帝真的擲骰子嗎? 讓我們再次借助看電影的例子來深入思考一個深刻的問題:上帝真的擲骰子嗎? 我們?nèi)粘S^看的每一部電影,其中的每一幀畫面都是固定不變的,無論我們觀看多少遍,畫面內(nèi)容都始終如一。 現(xiàn)在,假設(shè)在未來的某一天,人類的科技水平達(dá)到了前所未有的高度,所拍攝的電影作品能夠?qū)崿F(xiàn)每一幀畫面都不再固定。通過先進(jìn)的計算機模擬技術(shù),依據(jù)上一幀的內(nèi)容,能夠模擬出所有可能的發(fā)展情況,即呈現(xiàn)出 “量子疊加態(tài)”。 這就意味著電影的下一幀畫面將擁有無窮多個可能性。 在觀看這樣一部具有 “量子特性” 的電影時,我們只能確切知曉已經(jīng)播放過的電影畫面劇情。假設(shè)電影的幀率為 48 幀,那么對于 48 分之一秒后的畫面內(nèi)容,我們將一無所知,充滿了不確定性。 聯(lián)想到電子雙縫干涉延遲選擇實驗,這就如同人類明明已經(jīng)通過實驗知曉了宇宙的下一幀確實存在無數(shù)個可能性,也就是處于 “量子疊加態(tài)”,但為何當(dāng)我們進(jìn)行觀測時,這無數(shù)個可能性會瞬間坍縮為唯一的確定畫面呢?究竟是誰在背后默默地替我們做出了這樣的選擇? 在這極其短暫的 48 分之一秒的時間里,究竟發(fā)生了什么神秘的事件? 接下來,讓我們將思緒從電影世界拉回到現(xiàn)實世界,重新聚焦于電子雙縫干涉實驗的過程。在我們即將對電子實施觀測的瞬間,想象時間仿佛被按下了暫停鍵,定格在電子即將通過雙縫之前的那一幀畫面。 此時,不僅是電子本身,整個宇宙中所有能夠被觀測到的事物,實際上都處于一種即將被激發(fā)的 “量子疊加態(tài)”,充滿了無限的可能性。就在我們再次按下 “播放鍵” 的那一刻,電子的畫面瞬間如同陷入黑暗,緊接著畫面迅速切換到下一幀,我們便觀測到了電子通過了雙縫中的某一條狹縫。 緊接著,電子又會馬上進(jìn)入一種即將被再次激發(fā)的 “量子疊加態(tài)”,等待著擁有無限可能的 “下一幀” 的到來。 我們可以這樣來理解整個過程:所謂的觀測行為,從本質(zhì)上講,就是宇宙從 “混沌” 狀態(tài)分裂到無窮多個 “確定” 狀態(tài)的過程。電子在未被觀測之前所產(chǎn)生的干涉效應(yīng),實際上源于與電子疊加在一起的粒子在無數(shù)其他宇宙中的 “影子粒子” 所帶來的影響。一旦我們進(jìn)行觀測,原本疊加在一起的宇宙就會從 “混沌” 狀態(tài)迅速分裂成為一個個 “確定” 狀態(tài),粒子也隨之進(jìn)入到不同的宇宙空間。 顯然,不同宇宙中的粒子之間自然不會產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。 如果我們停止觀測,粒子又會在經(jīng)過一個普朗克時間之后,重新變回 “混沌” 狀態(tài)?;蛟S宇宙的本質(zhì)就如同每一幀都處于 “量子疊加態(tài)” 的動態(tài)畫面,每一個畫面都僅僅能夠持續(xù)一個普朗克時間,構(gòu)成了我們當(dāng)下所感知的 “現(xiàn)在”。 而所謂的未來,很可能并非真實存在一個既定的模樣,未來僅僅是 “現(xiàn)在” 不斷分裂演變所導(dǎo)致的結(jié)果。這也就意味著,每個人實際上只能擁有過去和現(xiàn)在,卻永遠(yuǎn)無法真正擁有未來。換一種說法,正是因為我們擁有了當(dāng)下的 “現(xiàn)在”,所以也就同時擁有了無限多的可能性,而這些可能性,其實就是我們對未來的所有想象與期待。 看到這里,或許很多讀者仍感覺如墜云霧,對文中所探討的內(nèi)容一知半解。 這實屬正常,畢竟量子力學(xué)的詭異性與復(fù)雜性,絕非一篇文章就能全面透徹地詮釋清楚。一百多年過去了,直至今日,也沒有任何人敢斷言自己已經(jīng)完全讀懂了量子力學(xué)。 所以,如果你讀完本文后感到困惑迷茫,那恰恰說明你正踏入量子力學(xué)那神秘莫測的世界。如果有人聲稱自己 “真的讀懂了量子力學(xué)”,那反而可能表明他并未真正理解量子力學(xué)的深邃內(nèi)涵。 今日進(jìn)行科普的目的,并非要向大家強行灌輸某種既定的思想觀念,更多的是基于現(xiàn)有物理理論,分享個人的一些深入思考,期望能為大家?guī)硪恍┤碌囊暯桥c不一樣的啟發(fā)。 如果你覺得文中存在不合理、不嚴(yán)謹(jǐn)之處,歡迎積極留言互動,讓我們共同探討。因為在科學(xué)的道路上,不斷地交流與探索,才是科學(xué)發(fā)展與科普傳播應(yīng)有的姿態(tài)。 |
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