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终于有人将量子力学3个问题讲清楚了,非专业人士也能看懂!

来源:用户 俊mcdl 收藏 编辑:从小磊
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当今最流行的学问就是量子力学,甚至有人捕风捉影地根据量子力学的理论拓展出灵魂存在,瞬间移动等等设想。但归根揭底,量子力学最神秘的3个谜题就是态叠加与坍缩、单体态叠加与量子纠缠。量子本来是宇宙中最小的粒子,是微观世界中的科学。往往非专业人士很难理解,但微观世界的科学在宏观世界同样存在,正如一粒沙子里包含这个世界。

量子力学

1、态叠加与坍缩,量子力学离不开意识,意识是量子力学的基础。

量子力学的第一个诡异现象叫做态叠加原理和坍缩。经过这么多年的唯物主义教育,我们的思维往往是较真的,每当谈到一个物体,我们通常认为这个物体存在的空间位置就是绝对客观的,是不以人的意志为转移的。比如举一个简单的例子:你的母亲现在家里还是在广场?按照生活经验母亲肯定在这两个位置中的一个,两者必居其一。

态叠加

但把这个问题放在量子力学里就不一样了,量子力学的思想就像是你的母亲即在家又不在家,即在广场又不在广场,你要想知道母亲究竟在哪,就务必要回去看看或者打一个电话问问。那么这个举动就是观察的动作。一旦你观察了,你母亲的位置就确定了,家里和广场必居其一。那么母亲这个不确定的状态就是态叠加,你一观察状态确定了,就是量子坍缩。

量子坍缩

我们知道最早的双缝实验证明了光的波粒二象性,在后来科学家们在这个实验的基础上继续进行了单独粒子的双缝实验、量子擦除实验等越来越精细的实验,最后竟然发现了一个电子在不被观测时可以同时通过两个缝隙,但一旦实时观测之后就会选择一个缝隙通过。

也就是说,电子在没有被观测的时候,也是处于叠加态,就是没有客观的确定状态,但是一旦被观察,就会坍缩成固定状态。这就是量子力学很诡异的现象之一态叠加与坍缩。

意识观测

所以,这可能会击溃我们原来的物质决定意识的观念,取而代之的是量子力学离不开意识,意识是量子力学的基础。

2、单体的叠加态:薛定谔的猫

在1935年,奥地利有一个物理学家叫薛定谔,这个人也是量子力学的创始人之一,他提出的一个思想实验——薛定谔的猫。那么这个实验究竟是什么呢?

他大胆地设想:如果把一个活蹦烂跳的小猫放在一个密封的盒子里,事先在盒子里安装一种特殊装置,这个装置就是一个原子核和毒气触发系统,原子核有50%的可能性要衰变,一旦原子核衰变,就会发射一个粒子,粒子就会触发毒气装置。

薛定谔的猫

那么我们开始提问了,既然毒气有50%的可能释放,猫又在密封的盒子里,那么此时猫是死是活呢?那么这就是一个既死且活的猫。

这个结论与我们通常的思维是严重背离的,这个实验牛就牛在思维的严谨性,50%的概率有效规避了人们用概率论的确定性推理。试验似乎告诉人们,物质的存在的状态必须要引入观测,引入意识才能确定。

当然这个实验还没有结束,江山代有人才出,很多人不甘心。于是,诺贝尔物理学奖获得者维格纳在1963年提出了一种设想,如果让一个人带着防毒面具躲在盒子里,当然,这个盒子够大啊。而他仅仅靠在盒子外,他就可以隔着盒子问里面的朋友,猫是死了还是活着。

薛定谔的实验

但是他聪明反被聪明误,你让一个朋友带着防毒面具躲在盒子里,里面的朋友不同样要对猫的状态进行观测告诉你吗?这样一观测,不就要导致量子世界中的量子坍缩了吗?

所以,维格纳也服了,他也承认了意识可以作用于客观外部,是量子波函数坍缩。正如牛顿三大定律所说的作用与反作用原理,既然物质可以影响意识,那么我们的意识为什么不能影响物质呢?

我们可以大胆的推断,随着量子力学的发展,也许自然科学界最尴尬的时代即将来临,自然科学往往自认为是最客观的,反对意识主管思想,但是量子力学的很多现象告诉他们:人类的主观意识竟然是客观物质世界的基础了!

观察者思维

以上我们讲述了量子力学两个诡异之处,但这还不够,以上都是量子单体叠加问题,那么两个量子,甚至多个量子一切叠加呢?

3、多体的叠加态:量子纠缠

母亲究竟在家还是在广场,薛定谔的猫究竟是死了还是活的,这是同一事物处于叠加的状态,那么两个以上事物他们都处于不同状态的叠加,而且他们之间还存在明确的关系。那么这种多提的叠加态就是——量子纠缠。

我们继续用宏观事物假设微观粒子,我们可以假设一个中国人买了一双鞋,这个中国人把一只鞋邮寄给了巴基斯坦的一个人,另一支鞋邮寄给了一个美国人。当然在收到邮件后,美国人和巴基斯坦人没有打开邮寄时,谁也不知道收到的是左脚的还是右脚的。但是只要美国人打开包裹,看见自己的是左脚时,不用问就能知道右脚的给了巴基斯坦的人。同理也是如此。

量子纠缠

就是说,我们如果能把同一个量子体系,或者一个颗粒衰变成很多粒子,让他们分散在宇宙各地,在未实施观测之前,我们永远不会知道也不会在意这些粒子的状态,但是一旦你观测了其中一颗粒子,其他未被观测的粒子也会瞬间调整自己的状态,与被观测的粒子状态相应。

这就是我国科学家潘建伟教授主导的量子隐形传输技术——量子保密通信技术的理论依据。众所周知,2016年我国发射了世界首颗量子卫星——墨子号,墨子号的任务就是进行星地高速量子密钥分发实验和在空间尺度进行量子纠缠分发和量子隐形传态实验。

墨子号

从而也告诉我们,中国在量子力学领域,已经在走在了世界前列,别的国家科学家还在做思想实验或者实验室实验,我们已经从实验室走向了真正的实践应用。

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