#科普#量子物理(13)

in steempress •  3 months ago  (edited)

我们目前能观察到的物质的组成,若原子粒子可以同时出现在不同的地方,可以同时既死又生,那日常生活中我们的宏观世界中怎么没有物品表现出来这种特性呢?

量子状态是非常敏感,只要有一点点情况,比如空气、光等等,都可能破坏并中断这些现象。

像薛定谔的猫,猫被关在看不见的盒子里,但空气中的任何一颗粒子的变化、盒子里的温度,亦或月球的引力对猫的影响(猫的任何动作所受到的引力不同),很多因素都和这猫分不开关系,它们都是构成观察的因素。量子叠加态一塌缩,猫就不可能同时活着死了的两种状态。

在微观世界中量子特性能够保持,一旦转换到宏观世界量子特性就会消失,这个现象叫退相干

 

量子理论有多种诠释,当然它们是基于同样的实验结果。

哥本哈根诠释:在被观察前,也就是说塌缩发生前,次原子粒子的“物理现实”是“不存在”的。

次原子粒子的优势是它们可以没有障碍的穿过墙壁。在哥本哈根诠释中,微观世界里次原子粒子在干什么是可以忽略不计的,它们对我们的宏观世界造成了什么事实上的影响才重要。这有点象实证主义。哥本哈根诠释一派的代表玻尔一直在寻找答案——自然要通过这些现象告诉我们什么?

戴维·玻姆的理论和玻尔稍有不同,玻姆的理论建立在隐变量理论(存在性理论)的基础上,相比较它避免随机性,更加具有确定性。

 

 

当你看向窗外,一辆黑色汽车驶入眼帘。在我们的生活里,这辆车在我看到之前就是黑色的。在量子世界里,这种固有的观念是错的,认为我们观察到的特点在观察之前就已经存在,这个观点是错的。

在量子世界里,在我们看到它的瞬间它才敲定是黑的。那么它是怎么从红的、黑的等众多可能性中敲定了黑色呢?

量子世界正统观点是,若未禁止皆必须。

也就是说这车在被观察到之前是同时是红的,是黑的,是任何颜色的。因为在量子世界里,它可能是任何颜色,所有它必须是任何颜色。那么是什么造成了塌缩?

从双缝实验中可以得出电子之间是不能相互观察的。在没有观察者的情况下,实验的结果是干涉条纹,说明了叠加态的存在。

那么叠加态是不是每次都发生?若未禁止皆必须,那么监测器不是能测量所有可能性吗,我们也都处于叠加态啊。那么塌缩是什么时候发生的呢?

从这个思路来,可以开到多世界诠释。叠加态中,我看到车是黑的,我看到车是红的。每个我看到的不同的颜色的车,每个我都不知道另一个版本的存在。

可是所有的叠加态使世界一次次分裂,这个运行代价也太大了,怕是能量跟不上,宇宙的CPU吃不消啊。

如今支持由哥本哈根诠释提出的关于经典世界和量子世界的划分方式的人越来越少了,实验也不再测量单独的电子,而是至少用600个原子来做实验。

所以微观世界也不那么微观了,可以说微观世界比以前扩大了。那么宏观世界和微观世界的界限在哪里呢?可能性在哪个点消失的?现实从哪里算开始?

 

退相干理论想要解释一个物体如何穿过界限,从量子世界到经典世界中去。

再来说薛定谔的猫。这只猫是宏观世界中的动物,它是怎么处于叠加态的,我们搞不清楚。量子态是非常脆弱敏感的,前面说到过,任何一点都会影响到它进而破坏它的状态。用祖瑞克的专业术语说就是量子相干性会消失(退相干)。

这只猫活着的姿态和这只猫死了躺盒子里的姿态所受到的月球引力是不一样的。所以猫和月球联结在一起,产生一种和“观察”一样的东西。

怎么让粒子的相干状态这一量子特性保持更长的时间,以便让量子计算机使上力呢?让退相干不要发生,这至今还是个难题。

在推相干发生之前,不存在什么现实。

 

但爱因斯坦的学生玻姆的隐变量理论可以让一切变得有意义。他的公式得出了和哥本哈根诠释一样的结论,但却有着相反的含义:回到双缝实验,玻姆认为,电子只通过了一条缝隙,不是同时通过两条。

电子通过哪一条缝隙,不是随机的,而是根据我们发射的方向。这个和经典物理一样反而好理解。但在量子世界里电子被一种力(量子势能)影响,它的发散形成一种导航波,导航波引导电子运动方向和方式的轨迹。

也就是说电子通过我们让它穿过的那条缝隙,然而另一条缝隙的存在能影响它。我们得到干涉条纹是因为这两天缝隙影响了引导电子运动的力,这个力将电子引导向了相长干涉区域。

导航波存有所有可能性的信息。

 

海森堡不确定性原理,主要说的是我们不可能同时知道,至少不能准确的知道粒子的位置和速度。

根据公式可以得出,可以大概知道粒子的位置和大概的速度,但其中一个越确定,另一个越不确定。

所以粒子是不会停止运动的,一旦静下来,不是知道了它的位置在哪里,和速度为0了嘛。

 

量子物理将不确定的现实呈现在我们面前,推翻我们的常识,出乎意料的有趣。


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