量子力學面臨的困境,該如何詮釋微觀世界詭異的現象?

2021-01-09 騰訊網

量子力學有個「不確定性」原理,這是自然規律設置的,關於測量精度的上限,與測量儀器無關,大體含義是,如果你測量一個系統,就必然會干擾這個系統,從而造成測量結果的「不準確」,」亦即當你觀測它時,它的狀態就被改變從而造成觀測結果的不準確。一切都是「觀測結果」。

在科學史上,還沒有任何一個理論比量子力學帶來的哲學困惑更基本,也沒有任何一個理論像量子力學那樣,從其誕生之日起一直到有了驚人應用前景的今天,還伴隨著激烈的哲學爭論。

相對於人類而言,樸素的實在論是與人的日常生活相符合的很自然的態度,就像動物的本能一樣。但是在科學中,科學家通常與超出日常生活之外的現象打交道,需要藉助特定的抽象理論才能達到對所觀察到的現象的說明。是理論拯救了現象,而不是從現象中歸納出理論。這樣,客觀性問題就變的複雜起來,現象背後是否存在一個不依賴於觀察者的客觀世界,就成為一個無法逃避的問題。

量子力學誕生前,科學家有兩個共同的基本信念:一是相信自然現象的發生都是有原因的,有規律可循的。相同的實驗條件必然得到相同的實驗結果,既決定論的因果性觀念;一是相信科學理論都是對現象背後的客觀世界的規律的解釋,科學的目標在於掌握規律,作出預言。然而量子力學一開始就從根本意義上對這兩種信念提出了挑戰。正如波恩所說「從我們的量子力學的觀點來看,在任何一個個別的情形裡,都沒有一個量能夠用來確定碰撞的結果;不過迄今為止我們在實驗上也沒有理由相信,原子會具有某種內部特性,能夠要求碰撞有一個確定的結果......我自己傾向於在原子世界裡放棄決定論。但是這是一個哲學問題,只靠物理學的論證是不能決定的。」

如果物理學家完全接受量子力學波函數的概率解釋,那麼就意味著降低了科學的預言能力,「而是像算命先生一樣,只能說一些模稜兩可的話,從而使科學變成一項追求不確定性的一項事業。」另一方面,如果我們認為量子力學真實的描述了現象背後的世界,那麼那個神秘的世界確實讓人難於想像。反之,如果認為量子力學沒有描述現象背後的世界,那麼就顛覆了科學家長期信奉的科學研究傳統,這正是量子力學帶來的哲學困惑之一。

另一個困惑是由量子測量導致的。測量的結果概率是一個數學量而不是一個物理量,是主體與客體通過測量相互作用的一個綜合結果,量子力學是研究主體與被研究客體之間相互關係與作用的規律。量子測量中,主體與客體的分界線變得模糊不清了,量子力學不再是客觀的,還包含主觀的因素。「量子力學的建立,是以放棄對於物理現象的客觀處理,亦以放棄我們唯一的區分觀測者與被觀測者的能力為代價的」

量子力學告訴我們,僅憑日常生活經驗我們無法理解我們根本無法體驗的微觀世界的,量子世界在本質上是隨機的,也是整體的,微觀粒子是抽象空間的存在,它的演化遵循的是統計因果性的規律。與此同時,量子力學還似乎告訴我們,物質的實在性存在於觀察中,不存在一個與我們的精神世界並行的客觀獨立的物質世界。我們所描述的物質世界是依賴於我們的精神世界而存在的,量子之間呈現的超距同謀是個體生命意識活動的綜合反映,世界的實在性紮根於個體生命中的感受和理解中。

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  • 量子力學為何如此詭異?
    哥本哈根學派的補刀「嫁接」,造成確定性的薛丁格方程「樹杈上」,開出概率性質的波函數「奇葩」,致使量子力學陷入無法自洽的困境。量子迷霧量子力學是繼相對論之後,20世紀物理學取得的重大的成果,也是被眾多的實驗所證實,描述微觀領域現象最精確的理論。
  • 什麼是量子力學?什麼是量子糾纏?為什麼說量子力學很詭異?
    量子力學是描寫原子和亞原子尺度的物理學理論 。該理論形成於20世紀初期,徹底改變了人們對物質組成成分的認識。微觀世界裡,粒子不是撞球,而是嗡嗡跳躍的概率雲,它們不只存在一個位置,也不會從點A通過一條單一路逕到達點B 。根據量子理論,粒子的行為常常像波,用於描述粒子行為的「波函數」預測一個粒子可能的特性,諸如它的位置和速度,而非確定的特性。
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  • 龍桂魯教授提出量子力學波函數可能就是微觀物質的存在形式
    量子力學不僅成功解釋了許多微觀世界中的奇妙現象,而且在現代科學技術中有著廣泛的應用。量子力學的理論核心之一就是利用波函數來描述微觀物體的量子狀態。然而儘管量子力學已有近百年的發展歷程,但是波函數的本質是什麼依然是一個懸而未決的謎團。最近的一項研究有助於我們揭開波函數的神秘面紗。
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    當今世界最受物理學家關注的,就是量子力學和引力波探測,甚至有人根據量子力學的理論,比如疊加態與坍縮,這個就是你不觀察它 它就處於疊加態,一旦你觀察它 它這種疊加狀態就崩潰,而單體的疊加態 量子糾纏等,延伸出了靈魂是真中存在,可以瞬間移動等很多的想法,量子力學是由普朗克和愛因斯坦奠定建立
  • 拿什麼拯救你量子力學-淺談量子貝葉斯
    溫伯格今年1月份的文章中提出的質疑,仍然是量子理論的詮釋問題,不是計算問題。但他對現有理論的未來擔憂,質疑量子力學中「測量的本質」。溫伯格認為對量子力學有兩類主要的詮釋:與「多世界」對應的「現實主義」詮釋,以及與哥本哈根表述一脈相承的「工具主義」詮釋。兩者都不能令人滿意。或許有必要對量子力學的概念進行大修正。
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    通過量子力學的發展,人們對物質的結構以及其相互作用的見解被革命化地改變,許多現象也得以被解釋。量子力學是現代物理學的理論基礎之一,是研究微觀粒子運動規律的科學,使人們對物質世界的認識從宏觀層次跨進了微觀層次。
  • 為什麼物理學家費曼說,世界上沒有人懂得量子力學?
    (也就是美國原子彈的研製)同時,也獲得了諾貝爾物理學獎,而他主要成就是集中在量子力學中。他曾經給大學本科生授課,這門課程的內容後來被整理成書,這本書就叫做《費曼物理學講義》,是如今最暢銷的大學物理學教材。作為20世紀在量子力學領域的大牛,為什麼費曼會說出:世界上沒有人懂得量子力學?世界上真的沒有人懂得量子力學?
  • 走進量子力學的世界
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  • 量子力學
    量子力學是許多物理學分支的基礎,包括電磁學、粒子物理、凝聚態物理以及宇宙學的部分內容。量子力學也是化學鍵理論、結構生物學以及電子學等學科的基礎。量子力學主要是用來描述微觀下的行為,所描述的粒子現象無法精確地以經典力學詮釋。
  • 遇事不決,量子力學?到底什麼是量子力學
    近年來,量子力學一直是科學界的一個火爆詞彙,「遇事不決,量子力學」成為了科普作品評論區幾乎必備的一句話,今天我們就來簡單聊一聊量子力學,它到底有什麼神奇之處。還有以愛因斯坦、波爾、薛丁格、普朗克等人為首的量子物理。物理其實就是研究我們這個世界的規則,也就是世界觀。經典物理就是研究我們所能看見的宏觀世界觀,而量子物理研究的是我們看不見的微觀世界觀。
  • 即使做出了量子計算機,量子力學對人類來說仍是巨大的「黑箱」
    而後人們發現,不單單能量和光存在這種量子性,包括電子等其他微觀粒子,也存在這種「量子性」。量子力學最早就是研究為什麼微觀粒子會呈現這種「既是波,又是粒子」的神奇現象。所以物理學家就基於客觀存在的現象規律,通過數學工具提出了一些解釋,來詮釋這些現象,試圖讓量子物理能「說得通」。但是由於我們並不知道這些量子現象背後的原理,因此這些詮釋就有點像盲人摸象——對一個事物的描述存在多個版本,且都有缺陷。量子力學告訴我們不能再用位置這樣的物理量來描述電子、質子等粒子。例如,電子沒有固定的位置。
  • 我們能做出量子計算機 卻至今摸不透量子力學
    普朗克把這一份一份的能量稱為「能量子」,也被人們稱為「量子」。 這在當時是一個顛覆性的概念,因為在經典物理學裡,人們一直認為能量的傳輸是連續的,不存在最小單位。由於這個假說太過於「叛逆」,簡直顛覆了整個經典物理學,所以在該假設提出之後的10餘年裡,普朗克一直試圖尋找各種方法來解釋輻射能量的不連續性現象,但最終歸於失敗。
  • 相遇延遲實驗和量子力學波函數的實在性本質
    量子力學不僅成功解釋了許多微觀世界中的奇妙現象, 而且在現代科學技術中有著廣泛的應用。
  • 人類根本無法想像,在微觀的粒子世界中,是有多麼的「詭異」!
    至今人類已經歸納出了幾套定律,能清楚地說明星系、恆星與行星以及宏觀世界裡物體的運動。然而現在我們知道,在微觀的層面上,事情並沒有這麼簡單,因為人類又發現的幾套革命性的新規律徹底改變了我們對宇宙的看法。這些新規律叫做量子力學。
  • 【通惠學堂】量子力學——現代物理學的支柱
    所有試驗,都面臨著這個測量值與量子力學的統計計算的問題。量子現象的存在提出了一個問題,即怎樣從量子力學的觀點,解釋宏觀系統的經典現象。尤其無法直接看出的是,量子力學中的疊加狀態,如何應用到宏觀世界上來。1954年,愛因斯坦在給馬克斯·波恩的信中,就提出了怎樣從量子力學的角度,來解釋宏觀物體的定位的問題,他指出僅僅量子力學現象太「小」無法解釋這個問題。
  • 量子力學到底講了什麼?可以這麼通俗理解
    而量子力學與經典物理學有著根本的區別,量子力學提供了全新的原理以及不一樣的思考方式。在量子的世界內,可以不必遵循經典物理學定律,因此人們對量子世界的探索一直達不到預期狀態。我們知道愛因斯坦是一位傑出一位科學家,解開了無數謎團,但是世界上有一個奇怪的現象。
  • 詭異的量子糾纏,或許是微觀世界更基本的特性!
    量子現象的世界充滿了悖論,人類的直覺無法理解,經典物理學也無法解釋。這是我們在量子力學中幾乎總是聽到的論點。下面是一些通常被認為是典型量子現象的例子:一個電子在兩個狹縫後面產生幹涉條紋,仿佛它同時經過兩個縫;粒子處於不同的狀態,但在觀察時卻「神奇地」出現在一個選定的狀態;測量無相互作用;或者最後是非定域性,它給人的印象是糾纏的粒子會立即在任何長距離上相互作用。
  • 從「概率論」到「量子力學」,嬌豔的數學之花在物理的土壤上怒放
    如果說「經典理論」所研究的是「宏觀世界」,那麼「現代理論」研究的就是包括「宏觀和微觀世界」在內的「整個宇宙」及所有的「平行宇宙」。在「現代理論」還沒有建立之前,人們總是習慣性地將「宏觀世界」的「規律」類比到「微觀世界」中去,猜想「微觀世界」的「原子」也像「宏觀世界」的「行星」一樣,按照一定的軌跡圍饒著特定的星球運轉,那時的人們普遍猜想「原子」中的「電子」也是圍繞著「原子核」作圓周運動的。但是當人們對「微觀世界」進行深入的研究之後,發現真實的情況完全不一樣。
  • 打破谷歌量子霸權!一文看懂什麼是量子力學
    所以為了解釋這些匪夷所思的現象,我們目前只能去通過一些數學工具給出一些「詮釋」,來試圖更深入了解量子力學。雖然只是在表層總結出來的規律,但通過數學工具精確計算後,我們還是通過量子力學精確描述許多現象,製造出可以實際應用的產品。