一只“既死又活”的貓?連愛因斯坦都無法理解的詭異現象!

宇宙時空 2024-05-06 15:40:32

“薛定谔的貓”,被認爲是一只“既死又活”的貓,當然現實世界不可能存在這樣的貓。而“薛定谔的貓”只是一個思想實驗,體現的正是量子力學的詭異性,如此詭異甚至連愛因斯坦也無法理解。

但不管量子力學有多詭異,它都是自然界最精確的一個理論,而且早已被實驗證明。不過,不要說普通的吃瓜群衆,連量子力學的創始人波爾和愛因斯坦同樣無法理解詭異的量子力學,地球上沒有人知道量子力學的底層邏輯到底是什麽。

量子力學到底有多詭異?

上學時,老師都會告訴我們,世界是物質的,物質世界的運行規律是不以人類意識爲轉移的,這種運行規律是客觀存在的。

但是,人類科學發展到今天卻發現,意識好事是避免不了的,意識並不能排除在客觀世界之外,說白了,意識似乎也是某種物質,只不過這種物質不同于普通物質。

舉個例子就明白了。你的媽媽坐在沙發上看電視,她就在那裏,這是確定的,也是客觀存在的事實,她不可能既在沙發上,又可能在別的地方。

但是,在詭異的量子世界,一切都大爲不同。量子力學的基本特點是微觀粒子處于疊加態,表現出來的就是不確定性。也就是說,微觀粒子可以同時出現在兩個不同的地方。如果你的媽媽處在這樣一個量子世界,她坐在沙發上,但同時也有可能出現在月球上,或者其他任何地方。

看到這裏,你肯定會提出質疑:你這就是在胡扯,一個人怎麽可能同時出現在兩個不同的地方?

但這確實是量子世界的特性。有人可能會這樣說:想知道你的媽媽是不是坐在沙發上,直接看一下不就行了?但在你觀看的一瞬間,更詭異的事情又出現了:你的觀測可以讓你的媽媽狀態直接從疊加態坍縮爲確定狀態,從剛開始的既在客廳又在月球上,坍縮爲“在客廳”的唯一狀態!

當然,用宏觀世界來打比方讓人很難接受,但這確實是量子世界表現出來的特性。量子世界裏的一切都是不確定的,只能用概率去描述。當我們不觀測時,微觀粒子的狀態是不確定的,可以用波函數去描述。而當我們實施觀測的一瞬間,微觀粒子的波函數就會坍縮,從無處不在的不確定性,坍縮爲某一確定狀態。

還是用剛才的宏觀世界的例子打比方。當你不觀測你的媽媽時,她無處不在,並不一定是在沙發上,而當你觀測時,發現她就在沙發上。但要怎麽證明你沒觀測時,你的媽媽無處不在呢?

方法只有一個,那就是觀測。但是問題來了,只要觀測,你的媽媽狀態就會坍縮爲確定的唯一狀態。這就好像是“魚和熊掌不可兼得”一樣,無論如何你都沒法確定你的媽媽是不是會無所不在。

當然,這裏的觀測並不僅僅是指用眼睛去看,任何觀測形式,包括使用儀器的探測,都屬于觀測的範疇。

科學家無法用宏觀物體做不確定性實驗,但在量子世界早就證明了詭異的不確定性確實存在,比如說電子雙縫幹涉實驗。

不過對于量子世界的不確定性和疊加態,薛定谔和愛因斯坦等人堅決反對,薛定谔更是提出了思想實驗“薛定谔的貓”來質疑量子世界的不確定性。

這個實驗就不詳述了,相信大家都應該有所了解。總之就是,貓的生死完全由放射性元素的衰變與否控制著,如果衰變了,就會觸發開關,鐵錘落下炸碎玻璃瓶,瓶子裏的毒氣釋放出來,就會把貓毒死。

反之,如果放射性元素不衰變,貓就不會被毒死。

而根據量子力學的不確定性,反射性元素處于“衰變與不衰變”的疊加態,那麽,結果就是貓也會處于“既死又活”的疊加態。

這種疊加態顯然違背了我們的日常生活認知,現實世界不可能存在這樣一只貓。你可能會說,想知道貓是死是活,看一眼不就行了?

在你觀測的一瞬間,詭異的現象就出現了:貓會從“既死又活”的疊加態,坍縮爲“要麽死要麽活”的唯一狀態。

量子力學的不確定性竟然也會出現在宏觀世界!這讓科學家們都驚呆了。不過好在薛定谔的貓只是一個思想實驗,本質上講更多的應該屬于哲學上的範疇,而不應該屬于科學範疇,因爲現實中無論如何不可能做這樣的實驗。

對于薛定谔的貓的解釋有很多種,其中一種诠釋認爲,密封的箱子其實是一個整體系統,在我們沒有觀測之前,實際上貓的狀態已經確定了,因爲觀測不僅僅是指人類用眼睛看,理論上任何物質的參與都意味著觀測,所以貓的狀態早就決定了,我們打開箱子只是看到了結果,而並沒有改變結果。

不過在量子世界,觀測行爲確實會影響到微觀粒子的狀態,比如說量子糾纏,被愛因斯坦稱之爲“鬼魅般的超距作用”。

到底什麽是量子糾纏呢?通俗來講,不同的粒子發生作用之後,就會成爲一個整體,無法單獨描述某個粒子的特性,只能描述整體系統的性質。而當我們試圖通過觀測了解某個粒子的狀態時,其他粒子瞬間就會調整自己的狀態,與被觀測的粒子呼應。結果量子糾纏狀態立刻崩潰,整體屬性失效了!

量子世界的種種詭異行爲確實讓人們無法理解,但不可否認它們真實存在,而且早就應用在我們日常生活中!

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评论列表
  • 101 2
    2024-05-06 20:04

    了解了時空的相對性也就理解了微觀粒子的隨機性和疊加態原理。當粒子光速運動時,時間靜止(爲零),空間爲點(爲零),萬態疊加(孕育所有可能性)。一旦有觀察者出現(不管是什麽觀察者,也不管是什麽樣的觀察手段),相對速度即刻低于光速,時間即刻産生,空間即刻出現,萬態之一即刻形成,萬源偶然成一態必然。

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簡介:熱衷于宇宙時空的探索