終於有人將量子力學3個問題講清楚了，非專業人士也能看懂！

2020-10-26 天機易測

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？

我們可以大膽的推斷，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。

相關焦點

  • 非專業人士為什麼要學量子力學？
    想像力是知識進化的源泉，沒有一種心理機能，能比想像更能深化人類對世界的認識。想像力不是天生的，需要後天培養。學習量子力學，可以打破經典物理的條條框框，培養一個人的想像能力。 好奇心是想像的驅動力。奇妙的微觀量子世界，違背直覺，顛覆常識，人類現有的想像力根本不夠用。科普量子科學知識，無疑是極有價值的科學啟蒙教育。 好奇心是人的天性，它總是驅使著人們去追問各種各樣的問題。
  • 給孩子講量子力學
    物理學家李淼用極其生動有趣的方式，將孩子帶入一個美妙的量子力學的世界，讓他們在好奇心得到極大滿足的同時，也真正開啟對科學的興趣。這本書為孩子提供了極有價值的科學啟蒙教育，家長們也可以先學習書裡的內容，再講給孩子聽。
  • 非專業人士為什麼要學習量子力學？
    非專業人士學習量子力學有什麼作用呢？ 掌握一定的量子科學知識，一方面可以增加茶餘飯後的談資，顯示自己的高雅；二是可以防止上當受騙。 人類在宇宙之中生活，與量子力學息息相關。跟我們形影不離的手機、居家必備的WiFi、醫院檢查身體的核磁共振儀、做美容或切割的雷射……我們的味覺、嗅覺等感覺器官的運作……恆星內部的核聚變……都是基於量子力學的基本原理。
  • 文科生也能看懂的量子力學概論(上)
    量子力學（quantum mechanics），是研究微觀粒子運動規律的物理學分支。在物理系中與理論力學（經典牛頓力學及一套高度數學化的表述）、電動力學（解一堆電磁場裡的偏微分方程）、統計力學（配分函數同學請坐下）一起並稱為四大力學。筆者在剛剛結束的學期裡學習了一門叫《應用量子物理》（applied quantum physics）的課，可以說是量子力學入門的入門。
  • 一分鐘看懂量子力學 |當心理學遇到量子力學，就解釋一切心理問題
    原創 李嘉琪 幸福人生學院李嘉琪 2018-06-29來自專輯幸福人生學院李嘉琪老師文章什麼是量子力學？量子力學（Quantum Mechanics）是研究物質世界微觀粒子運動規律的物理學。量子力學從根本上改變人類對物質結構及其相互作用的理解。除了廣義相對論描寫的引力以外，迄今所有基本相互作用均可以在量子力學的框架內描述。
  • 一分鐘看懂量子力學丨當心理學遇到量子力學，就解釋一切心理問題
    轉發自李嘉琪公眾號 李嘉琪 幸福人生學院李嘉琪 2018-06-29什麼是量子力學？量子力學（Quantum Mechanics）是研究物質世界微觀粒子運動規律的物理學。量子力學從根本上改變人類對物質結構及其相互作用的理解。除了廣義相對論描寫的引力以外，迄今所有基本相互作用均可以在量子力學的框架內描述。
  • 李淼:給小學生講量子力學需要故事和圖像,而非數學和嚴謹
    去年他在博雅小學堂為小朋友開講量子力學。根據這四節在線課內容改編的圖書《給孩子講量子力學》也已經出版，正在博雅銷售中。李淼著《給孩子講量子力學》博雅小學堂出品多種優惠套餐組合點擊原文即刻訂購本文轉載自澎湃新聞文 | 澎湃新聞記者 傅適野在澎湃問吧中，現任中山大學天文與空間科學研究院院長的李淼人氣居高不下，千奇百怪的問題都向他砸來，他一一作答，簡潔中透著點幽默感。
  • 上海書評︱孫珷:誰說給孩子講量子力學,一定要懂了
    時至今日，真正的量子計算機怎麼建，用什麼建，是否能建出來，沒有人能講清楚。所以，看到李淼專門用一講的篇幅給九至十二歲的小學生講量子計算機，我既好奇又期待，其實我的要求不高，哪怕小學生接受不了，我這樣受過數理專業高等教育、已經讀了大量這方面科普資料的讀者，如果能有所啟發，也就心滿意足了。
  • 他把「量子力學」講成了「大白話」
    2017年年底，戴樹璽在翻閱今日頭條App時，收到了「悟空問答」的一條關於量子力學的提問，剛好當天講的原子物理課就是相關內容，於是戴樹璽進行詳細的回答，從此便「一發不可收拾」。答了10多道題的時候，頭條科學運營聯繫到了他，在對方的邀約下，戴樹璽註冊了科普自媒體「量子實驗室」，並成為「悟空問答」的籤約作者。從此，他幾乎每晚都要回答網友提出的科學問題，每次篇幅500字以上。
  • 統計力學,量子力學中的量子數學方法和解釋
    有幾個基本的東西：整體微分方程、極限定義、不定態薛丁格方程、不定態勢阱、多體耦合、多體張量。然後是高階數學：傅立葉、拉普拉斯、李代數、解析實變函數。所以如果想學理論物理就要先定個路線，思考一下以後要做什麼。統計力學，量子力學中的量子數學方法和解釋。
  • 吉哥深夜食堂:給孩子講量子力學(一)——牛頓與經典力學
    ——《給孩子講量子力學》，作者是中山大學天文與空間科學研究院院長及籌建人李淼老師。我們都知道，量子力學與相對論一起，構成了現代物理學的基出理論，同時它又和「量子糾纏」、「薛丁格的貓」等一系列令人費解的詞語聯繫在一起，讓我們在好奇的同時又心存一絲敬畏，認為它艱深難懂，理解它需要大量的專業知識。
  • 大學教授把量子力學講成大白話
    2017年年底，戴樹璽在翻閱今日頭條App時，收到了「悟空問答」的一條關於量子力學的提問，剛好當天講的原子物理課就是相關內容，於是戴樹璽進行詳細的回答，從此便「一發不可收拾」。答了10多道題的時候，頭條科學運營聯繫到了他，在對方的邀約下，戴樹璽註冊了科普自媒體「量子實驗室」，並成為「悟空問答」的籤約作者。
  • 不過不管量子力學和電子力學之間到底有沒有聯繫
    更別說量子力學在電子力學這一基礎研究領域是個新東西。不過不管量子力學和電子力學之間到底有沒有聯繫，在三體入門這個階段都得熟悉量子力學。前邊說過，三體的主線被定為黑暗森林法則，剩下的深入實驗揭開隱藏的真相，所以不去討論電子力學這種看不見摸不著的東西。不是一回事。你是學什麼專業的？中文還是英文？你確定你會用英文去看原著？
  • 量子力學科普書籍《見微知著》講了什麼？
    導讀：量子力學科普書籍《見微知著》講了什麼？《見微知著》 為獨立學者，詩人，科普作家靈遁者的量子物理科普書籍。是作者續物理宇宙科普書籍《變化》之後的又一力作。旨在通過量子世界來看世界，科普量子物理知識，並作出新的推理思想。
  • 量子力學科普書籍《見微知著》講了什麼?
    導讀：量子力學科普書籍《見微知著》講了什麼？《見微知著》 為獨立學者，詩人，科普作家靈遁者的量子物理科普書籍。是作者續物理宇宙科普書籍《變化》之後的又一力作。旨在通過量子世界來看世界，科普量子物理知識，並作出新的推理思想。
  • 「量子力學」騙局背後:總有人排隊交智商稅
    量子力學到底都能做些什麼呢？CV智識忍不住打開萬能的淘寶和拼多多，在搜索框內輸入「量子」二字，果然出現大量神奇的產品。首先映入眼帘的是這一款量子老花鏡。事實上，我們日常生活中能直接接觸到到、使用到的「量子產品」是非常之少的。量子技術多用在半導體晶片材料上，我們日常生活中使用的電子產品如手機、電腦等所搭載的晶片。量子力學又到底能幹什麼，不能幹什麼？它具體能夠有哪些應用，它實際上真正在生活中的應用到底有哪些？CV智識帶著這些困惑詢問了幾位真正學習過量子力學，且從事過相關工作的研究人員。
  • 關於「量子力學」的一點個人看法,量子力學本質上是數學
    人工智慧和量子計算會怎麼影響現代社會呢？從最簡單的地方講起吧，我最近很無聊的，沒事就百度了一下，找了一些，我比較信服的。比如，量子計算和人工智慧的關係。如果我們懂得它，那我們就可以講量子力學的數學表達式，為了體現更加通俗的意思，量子力學可以是數學中的符號，那個二元一次方程組所以稱為薛丁格方程組。量子力學是作為數學定律，與數學定律的結合體，那些數學是我們從小到大學習的數學，所以他是應該應該以數學的意思去講的。
  • 打破谷歌量子霸權!一文看懂什麼是量子力學
    量子計算機如果能在50年內實現大規模商業化，將可以幫助人類突破當前半導體材料的摩爾定律極限，避免陷入算力瓶頸。可控核聚變如果能在50年內實現，將是人類首次真正解決能源問題，實質性掌握「無限能源」。所以我們能在「量子計算機」這個未來算力突破的至關重要領域，取得階段性的世界領先地位，是十分振奮人心的，這是踏出長徵之路的第一步，也是至關重要的一步。考慮到很多人對於「量子力學」這個神秘科學領域仍然還是十分陌生，雖然大多數人都聽過量子力學，但基本都不清楚量子力學是個什麼東東。
  • 量子力學入門 Introduction to Quantum Mechanics
    正好最近好朋友開了個財經號，用通俗易懂的語言解釋資本世界的運作規律，將金融理財的知識分享給我這種外行人。我覺得這個形式不錯，也想嘗試一下，可是我這個專業有什麼值得分享的嗎，想來想去還是講講量子力學吧。（總感覺給自己挖了個大坑）
  • 薛丁格的量子力學永遠是不存在的,而且量子力學從來就不是門科學
    薛丁格方程是量子力學的基本物理原理，其產生的原因既無法直接解釋，也很難嚴格證明。但現在已經可以人工合成薛丁格方程中的一個方程，既二維薛丁格方程。量子力學裡面薛丁格方程就是二維的矩陣。對於你提出的薛丁格方程對應的薛丁格方程解，不可能！我能給你兩個思路。