量子力學的一些基本概念,世界真的是被程序化的嗎?

2020-12-11 科技小麋鹿

世界廣義上來講,就是全部、所有、乃至一切,在古代一般來講世界指的是人類賴以生存的地球。民間的世界也有天下、此岸、世間、萬物、等等稱呼。

在中國古代就有宣夜說:眾天體自然漂浮在充滿氣體的虛空之中,這個和現代對宇宙的認知已經很接近了。對人而言,世界是我們由可感知的、不可感知的客觀存在的總和,隨著科技的發展,更多工具的創造,越來越多人類本不可感知的事物逐漸浮出水面,這是人類的好奇心驅使的。

那麼宇宙從何而來,卻是我們人類尋找的終極秘密,有人說從大爆炸的那一刻起,宇宙這個大程序就被設計師按下RUN鍵。。

從虛空誕生的能量

我們從小就被告知能量目前不能被創造, 能量是有史以來唯一的原始化東西,它是世界上最簡單的東西(不能稱為物質)。

20世紀愛因斯坦用相對論推導出了質量和能量是相等價的,最初只是一個理論工具,但是實驗物理學家找到了使用該原理將質量和能量相互轉化的實用方法。那就是原子彈,人們已經製造出原子彈和反應堆以釋放大量能量。

而空間在一般的人的想法中,就是存放物體的,而現在我們也很難想像空間究竟是什麼,這個隨處存在的東西,我們卻找不到任何答案。這很像程序中內存的概念,在程序中是無法感知內存這個外置的物理存在的,但是在程序內是可以知道這個東西被用來存放各種數據。

到上個世紀末,宇宙學家發現宇宙正在加速膨脹,於是愛因斯坦首先提出有一個低密度的「暗」能量驅動著這個過程。它被稱為「空間本身的能量」或「真空的能量」,而且隨著宇宙的膨脹,必須創造出越來越多的空間來保持推力不變。在整個宇宙的尺度上,能量可能是不守恆的,因為有更多未知來源的能量從虛空中產生。能量和虛空最早就像是被無中生有出來的,是不是像極了程序中的new一塊內存出來,再new一個能量對象出來,讓它出來幹點事情。

其實能量的來源本身就是一個謎,是宇宙中最大的謎團,因為它是驅使萬物的東西。

接下來要談到量子力學,它是目前最怪誕的理論,它以原子、原子核和亞原子粒子的尺度來描述自然界的各種現象。它與廣義相對論是完全兩種不同的理論。量子理論和引力的一個衝突是量子理論認為力的本質是通過交換作用粒子而起作用的,比如電磁相互作用就是通過交換光子而作用的,而目前並沒有發現引力作用相對應的引力子(設想粒子),引力子在物理學中是一個傳遞引力的假想粒子,兩個物體之間的引力可以歸結為構成這兩個物體的粒子之間的引力子交換。為了傳遞引力,引力子必須永遠相吸、作用範圍無限遠,在量子力學中,引力子被定義為一個自旋為2、質量為零的玻色子,它等待人們的發現。

廣義相對論雖然並沒有解釋力的作用本質,只是在其中加入了能量與時空曲率,把時間的概念加入了進來。

但無疑是成功的理論,它幾乎解釋了如今所有的天體力學方面和黑洞理論。

目前引力波被發現了,而引力子和暗物質還沒有被發現。但是通過論述我們已經知道了,引力的本源是時空,也就是能量時空。在這個能量時空內,物體的相互吸引是必然,引力波是時空的漣漪。那麼自然的引力波是否和電磁波是類似的,是由引力子這樣的基本粒子構成的以光速運動的波呢?

而且有多種證明表明引力波是不與電磁波發生作用的,這種獨立性,就說明了它非常特殊。

普朗克尺度,讓現有理論失效的尺度

但是考慮到量子力學的不確定性原理,一些基本量度,譬如長度和時間具有不確定性。不確定的程度由普朗克常數確定,從該常數可以定出最小的長度量子,即普朗克長度為1.6×10-33釐米,這遠遠小於原子核的尺度,以我們現在的科技根本無法測量到這個尺度,而且比普朗克長度更短的長度是沒有意義的。同樣,作為時間量子的最小間隔,即普朗克時間為10-43秒,沒有比這更短的時間間隔存在。不可測量意味著物理法則失去了作用, 量子力學居然能存在無意義的尺度,說明這個理論是有局限的,但這並非可以證明時空是離散的,目前它是沒有辦法證明的。

但是這也可能意味著在某時某刻某地的時空是存在裂縫的,而每個物質的時間也並非是連續增長的。那麼假如這就是宇宙這個大程序設定好的呢?這樣的設定倒是非常類型我們的離散二進位計算機。因為我們的經典計算機無論如何都做不到把數字變成連續的。

無獨有偶,其實這與經典廣義相對論的奇性是不可避免的情況非常類似,根據廣義相對論的證明,在宇宙大爆炸之初和黑洞坍縮之末,在很一般的初始條件下必然存在奇點,奇點是一個密度無限大,時空曲率無限大,時空無限彎曲為零的點,在這一點上時間和空間都失去意義,所有的物理規律都將失效,也就是廣義相對論本身也失效了。

量子現象以及量子糾纏

通過仔細觀察最小的物質塊,比如基本的粒子,原子、分子、電子,物理學家已經看到它們溶解成物質波。這些粒子在進行某種形式的交互後重新出現,這就是所謂的測量事件。 量子粒子以不同狀態的疊加形式存在,它們可以同時在多個地方,比如原子內的電子可以從一個位置跳到另一個位置,而不會穿過中間空間。

如果要知道粒子的精確位置,那麼就無法知道其精確動量,反之亦然。如果沒有測量,我們將感受不到這個世界,在這些示例中,量子們違反了空間,時間和物質性的概念。 如果在受到碰撞或障礙物或者測量的幹擾時,則量子的行為會很奇怪。根據相互作用的類型,它們可能會顯示出波動或類粒子的特性,並且無法通過經典標準對它們的整個屬性進行測量,就好像它們是真實的粒子一樣。

量子糾纏現象是如果每個電子的性質取決於另一個電子的性質,則兩個電子會糾纏在一起,這對電子具有相同的波函數。很多種基本粒子都可以稱之為量子,典型的就是光子,電子,如果兩個光子一開始被糾纏在一起,那麼它們便會組成一個糾纏系統,即便彼此相距多麼遙遠,兩者都會同時感應到對方。如果對一對糾纏光子的其中一個進行測量,如果發現它的自旋向下,那麼另一個糾纏光子的自旋必然向上(這個是不需要測量的),而且這種糾纏速度傳遞的速度比光速快。換句話說,這兩個粒子在整個空間之間進行了即時通信。隨著人類的測量的那一刻開始,就像是有一種上帝法則對兩個粒子的該屬性進行了分配,這種方式是超越時間和空間的。

但是可惜的是,量子糾纏是無法傳遞信息的,只能用於量子加密,它們只能自己進行屬性分配的傳遞。

最後

如今,許多的物理規律居然可以被人們總結出來,形式還非常的優美,確實讓人懷疑這個世界是否被刻意創造出來的。

其實量子力學看起來非常像我們如今的計算機編程,可以說被人類理解的自然法則與我們創造的電腦程式非常相似,都是存在各種屬性,各種對應關係,也同樣存在運算的最小極限。因為從宏觀的經典理論來看,物體間各種作用是可被感受到的,而量子間的各種操作,就像你看不見程序內部的各種數據流轉,只能通過顯示屏(測量後)看到它所給你呈現的畫面。

當然這篇文章只是我個人的信口開河,大家就看個熱鬧吧。科學研究還是要嚴謹的,客觀地考量。很多人說人類追尋的宇宙終極理論是沒有盡頭的,但是我卻相信宇宙的真相是可以通過各種物理現象的碎片化線索猜測出來的。

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