終於有人將量子力學講明白了!

2021-03-01 博雅讀書社

當今最流行的學問就是量子力學,甚至有人捕風捉影地根據量子力學的理論拓展出靈魂存在,瞬間移動等等設想。

但歸根揭底,量子力學最神秘的3個謎題就是態疊加與坍縮、單體態疊加與量子糾纏。量子本來是宇宙中最小的粒子,是微觀世界中的科學。

往往非專業人士很難理解,但微觀世界的科學在宏觀世界同樣存在,正如一粒沙子裡包含這個世界。

量子力學

1、態疊加與坍縮,量子力學離不開意識,意識是量子力學的基礎。

量子力學的第一個詭異現象叫做態疊加原理和坍縮。經過這麼多年的唯物主義教育,我們的思維往往是較真的,每當談到一個物體,我們通常認為這個物體存在的空間位置就是絕對客觀的,是不以人的意志為轉移的。

比如舉一個簡單的例子:你的母親現在家裡還是在廣場?按照生活經驗母親肯定在這兩個位置中的一個,兩者必居其一。

態疊加

但把這個問題放在量子力學裡就不一樣了,量子力學的思想就像是你的母親即在家又不在家,即在廣場又不在廣場,你要想知道母親究竟在哪,就務必要回去看看或者打一個電話問問。

那麼這個舉動就是觀察的動作。一旦你觀察了,你母親的位置就確定了,家裡和廣場必居其一。那麼母親這個不確定的狀態就是態疊加,你一觀察狀態確定了,就是量子坍縮。

量子坍縮

我們知道最早的雙縫實驗證明了光的波粒二象性,在後來科學家們在這個實驗的基礎上繼續進行了單獨粒子的雙縫實驗、量子擦除實驗等越來越精細的實驗。

最後竟然發現了一個電子在不被觀測時可以同時通過兩個縫隙,但一旦實時觀測之後就會選擇一個縫隙通過。

也就是說,電子在沒有被觀測的時候,也是處於疊加態,就是沒有客觀的確定狀態,但是一旦被觀察,就會坍縮成固定狀態。這就是量子力學很詭異的現象之一態疊加與坍縮。

意識觀測

所以,這可能會擊潰我們原來的物質決定意識的觀念,取而代之的是量子力學離不開意識,意識是量子力學的基礎。

2、單體的疊加態:薛丁格的貓

在1935年,奧地利有一個物理學家叫薛丁格,這個人也是量子力學的創始人之一,他提出的一個思想實驗——薛丁格的貓。那麼這個實驗究竟是什麼呢?

他大膽地設想:如果把一個活蹦爛跳的小貓放在一個密封的盒子裡,事先在盒子裡安裝一種特殊裝置。

這個裝置就是一個原子核和毒氣觸發系統,原子核有50%的可能性要衰變,一旦原子核衰變,就會發射一個粒子,粒子就會觸發毒氣裝置。

薛丁格的貓

那麼我們開始提問了,既然毒氣有50%的可能釋放,貓又在密封的盒子裡,那麼此時貓是死是活呢?那麼這就是一個既死且活的貓。

這個結論與我們通常的思維是嚴重背離的,這個實驗牛就牛在思維的嚴謹性,50%的概率有效規避了人們用概率論的確定性推理。

試驗似乎告訴人們,物質的存在的狀態必須要引入觀測,引入意識才能確定。

當然這個實驗還沒有結束,江山代有人才出,很多人不甘心。於是,諾貝爾物理學獎獲得者維格納在1963年提出了一種設想。

如果讓一個人帶著防毒面具躲在盒子裡,當然,這個盒子夠大啊。而他僅僅靠在盒子外,他就可以隔著盒子問裡面的朋友,貓是死了還是活著。

薛丁格的實驗

但是他聰明反被聰明誤,你讓一個朋友帶著防毒面具躲在盒子裡,裡面的朋友不同樣要對貓的狀態進行觀測告訴你嗎?這樣一觀測,不就要導致量子世界中的量子坍縮了嗎?

所以,維格納也服了,他也承認了意識可以作用於客觀外部,是量子波函數坍縮。正如牛頓三大定律所說的作用與反作用原理,既然物質可以影響意識,那麼我們的意識為什麼不能影響物質呢?

們可以大膽的推斷,隨著量子力學的發展,也許自然科學界最尷尬的時代即將來臨,自然科學往往自認為是最客觀的,反對意識主管思想。

但是量子力學的很多現象告訴他們:人類的主觀意識竟然是客觀物質世界的基礎了!

觀察者思維

以上我們講述了量子力學兩個詭異之處,但這還不夠,以上都是量子單體疊加問題,那麼兩個量子,甚至多個量子一切疊加呢?

3、多體的疊加態:量子糾纏

母親究竟在家還是在廣場,薛丁格的貓究竟是死了還是活的,這是同一事物處於疊加的狀態,那麼兩個以上事物他們都處於不同狀態的疊加,而且他們之間還存在明確的關係。那麼這種多提的疊加態就是——量子糾纏。

我們繼續用宏觀事物假設微觀粒子,我們可以假設一個中國人買了一雙鞋,這個中國人把一隻鞋郵寄給了巴基斯坦的一個人,另一支鞋郵寄給了一個美國人。

當然在收到郵件後,美國人和巴基斯坦人沒有打開郵寄時,誰也不知道收到的是左腳的還是右腳的。

但是只要美國人打開包裹,看見自己的是左腳時,不用問就能知道右腳的給了巴基斯坦的人。同理也是如此。

量子糾纏

就是說,我們如果能把同一個量子體系,或者一個顆粒衰變成很多粒子,讓他們分散在宇宙各地,在未實施觀測之前,我們永遠不會知道也不會在意這些粒子的狀態。

但是一旦你觀測了其中一顆粒子,其他未被觀測的粒子也會瞬間調整自己的狀態,與被觀測的粒子狀態相應。

這就是我國科學家潘建偉教授主導的量子隱形傳輸技術——量子保密通信技術的理論依據。

眾所周知,2016年我國發射了世界首顆量子衛星——墨子號,墨子號的任務就是進行星地高速量子密鑰分發實驗和在空間尺度進行量子糾纏分發和量子隱形傳態實驗。

墨子號

從而也告訴我們,中國在量子力學領域,已經在走在了世界前列,別的國家科學家還在做思想實驗或者實驗室實驗,我們已經從實驗室走向了真正的實踐應用。

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