物理學是如何解釋因果論的?我們怎樣理解量子力學不遵行因果關係?

2021-01-08 騰訊網

之前我寫過幾篇關於量子力學的文章,提到過因果論,有很多朋友也表示很難理解為什麼在量子尺度因果論就失效了呢?

參考以前本人用其它帳號發的文章

怎樣形象地理解量子力學中違反「常識」的理論?

墨子號量子衛星到底有沒有取得科研成果,是不是騙人的?(二)墨子號的科研任務

我們在日常中發生的具有因果關係的兩件事,它必定會一件先發生,一件後發生。比如:在某一時刻A開槍,在一定時間隔之後,B中槍死亡,這樣「A開槍」(下面簡稱事件A)和「B死亡」(同樣簡稱B)兩件事是具有因果關係的。

但是,有人說我看相對論,如果一個人乘坐一艘高速飛行的飛船目睹了這兩個事件,是不是有可能B死亡先發生,而A開槍後發生呢?

在物理學上,我們先把這兩件事發生的位置和時間用坐標描述出來,假設A的空間坐標是(x1,y1,z1),加上時間之後的時空坐標是(x1,y1,z1,t1),B的時空坐標是(x2,y2,z2,t2)。

我們可以算出兩人之間的距離Δs和時間間隔Δt,好了,這兩個事件之間的關係就可以用數學表達式來表示了。

在相對論中(實際上用洛倉茲變換就可以了),如果變換不同的參照系,這兩件事發生的空間距離與光速c之間的關係是不會改變的。而這之間的關係會出現下面三種情況:

第一種情況叫做類時間隔,就是當A事件發生時,我們同時發出一束光,這束光會先到達B,或者說B看到A事件發生。這種情況,A事件就可能是B事件發生的原因。

第二種情況叫做類光間隔,就是A事件發生時,與B事件發生時的空間間隔等於光速到達B事件發生的間隔,那麼B事件發生就有可能是A導致的,也可能不是A導致的。

第三種情況叫做類空間隔,就是A事件發生時,即使以光速傳播也不可能在B事件發生時到達,這樣B事件就不可能是因為A事件導致的。

我們舉個例子:

在海南島上有一隻蝴蝶扇了一下翅膀,0.0003秒之後,1000公裡之外的海面上生成了一個颱風,這兩件事有沒有可能有因果關係呢?

計算結果是Δs>cΔt,也就是說這隻蝴蝶在海南扇翅膀不可能是颱風產生的原因。但是,如果颱風是一天之後產生的,或者說1秒之後產生的,這個cΔt的值就會大於Δs了,那麼這隻蝴蝶扇翅膀的動作,就可能是引起颱風的原因。

不過,量子尺度,很多粒子會以接近光速甚至光速運行,那麼粒子同時出在不同的地方,或一會兒在A點出現,一會兒在B點突然出現的事件,就可能發生了,因為它們之間可能沒有因果關係,或者粒子同時具有多種狀態,也是可能發生的。

因而在量子力學之中,粒子的行為沒有因果關係,而薛丁格找到了用概率來描述量子,確實具有非凡的創造性。

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