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量子物理,真的和你没关系么?

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量子物理,真的和你没关系么?

雪花又一年 2018-05-17 14:14:21 浏览184 评论0

摘要: 随着引力波被LIGO的成功探测,量子物理,这个在物理史上不断挑战人类认知的学科,又一次被推上舆论顶峰。量子物理的发展史中,有很多有趣的实验,一次又一次地向我们展示着生命和宇宙发展的奇特之处。对于很多人来说,量子物理是科学家的事,和我们没什么关系。

随着引力波被LIGO的成功探测,量子物理,这个在物理史上不断挑战人类认知的学科,又一次被推上舆论顶峰。量子物理的发展史中,有很多有趣的实验,一次又一次地向我们展示着生命和宇宙发展的奇特之处。对于很多人来说,量子物理是科学家的事,和我们没什么关系。然而,真的是这样么?

感谢曹天元在《上帝掷骰子吗?》一书中,将枯燥的量子物理史讲述得如此有趣。我们不必深究那些晦涩难懂的公式,只需看看几个简单的量子物理试验,就会发现,如果我们脑洞大开地看待量子物理,那么世界,或许根本不是我们想象的样子,而我们在宇宙之中扮演的角色,也绝没有那么简单。

观察,可以改变量子的运动

电子的双缝实验。如果我们设置一个小孔,电子会以粒子的形式穿过并且投射在墙上成为一点,但如果我们放置两个小孔,电子则会在隔板后的墙壁上出现波的干涉条纹。电子似乎神奇地感应到了我们究竟放置了一个小孔还是两个,然而根据我们不同的观测方式,选择成为波还是成为电子。

紧接着,物理学家告诉我们,根本无法准确找到一个电子的具体位置。通过实验,我们只能了解电子出现在某一个地点的可能性,却没有办法确定它究竟会在哪一个地点出现。对于一个电子来说,任何形式的测量都会影响它最终落在哪里。一个电子的位置和它的动量(也就是质量与速度的乘机)是不能同时被确定的,当一个数值变得确定,另一个就会更加不确定。当我们进行测量的时候,电子会随机地选择以一种方式表现,物理学家对此有一个形象的比喻,如果把电子比喻成一个骰子,那么当我们进行观测的时候,它的波函数坍缩了,也就是骰子落地了。

如果电子在哪里出现是不确定的,那是不是说我们的世界也有各种各样的可能性呢?我们通过调整意识,是否能够改变这个世界的样貌呢?物理学家惠勒就曾说过:“我们甚至无法想象宇宙在某地点、某段时间没有观察者存在,因为构建宇宙的特有材料,正是观察者的参与和举动。”他提出了量子理论的中心思想:在被观察到前,任何现象都是不存在的。意识,或许是科学家的噩梦,但却是值得我们思考的话题。

然而,还有更奇特的现象等着我们,那就是光子的延迟实验。试验中,科学家将光子放射出去后,在光子终点的地方插入反射镜,这样的设置就如同光子穿越了双缝,但是如果不放置反射镜,那么光子就只会沿着某一条道路前行,就如同穿越单缝。奇妙之处在于,我们可以在光子实际已经开始了自己的路程之后,也就是已经快要到达终点了,才决定是否要放置反射镜,也就是说,我们可以在事情发生后再来决定它该怎样发生。惠勒后来引用波尔的话,“任何一种基本量子现象只有在被记录之后才是一种现象。”也就是说我们或许有能力改变已经发生的事情。

电子状态不相容

没有两个电子能够享有相同的状态,而一层轨道所能够包容的不同状态,其数目是有限的,也就是说,一个轨道有着一定的容量。当电子填满了一个轨道后,其他电子也无法再计入这个轨道中来了。这如同我们的能量场,如果说我们每一刻的能量状态是定量的,那么当我们选择用负面情绪堵住了自己的能量场,正面信息就是无法进去的。

量子纠缠

在测试量子关联的试验中,试验者将光子一分为二,形成两个独立的粒子,也就是造出了一对完全相同的双胞胎。他们将两个例子向相反方向射出去,当他们到达目标时,彼此已经相隔24公里之远,在他们路程的终点,两个粒子需要通过某种设置选择一种路径,结果,当这两个孪生粒子抵达末端的时候,他们做出了完全相同的选择,穿越了相同的路径,从未出错。而最新的研究显示,这样的现象可以发生在相隔100公里之远的两个地方。

正如《上帝掷筛子吗》中所述,在一个量子主宰的世界里,A和B两个粒子在相距非常遥远的情况下,在不同方向上仍然可以表现出很高的协作程度。在世界各地的实验室里,粒子们都顽强地保持着一种微妙而神奇的练习。仿佛存心要炫耀他们的能力一般,他们一再地嘲笑经典世界给他们定下的所谓不可突破的束缚,一次又一次把那个被宣称是不可侵犯的教条踩在脚下。

也就是说,我们与他人和世界的任何接触,都留下了痕迹。我们透过相互关联的微观世界,生活在一个整体之中。

薛定谔的猫

薛定谔的猫,是在物理学史上最有名的动物之一。实验者把猫放进一个盒子,里面放置少量的放射性物质,有一半的几率这些放射性物质会释放毒气将猫毒死,而另一半几率不会,猫将存活下来。只有当观察者打开密室盖子的那一刻,才可以得知猫的死活,也就是说在没有打开盖子的时候,猫是处于一种死和活叠加的状态。

这个实验告诉我们,观察者的意识决定观察对象的行为表现。这是不是量子世界在提示我们,我们的观察锁定了物质世界的真相。也就是说我们人类或许生活在一个由人类所创造的世界。物理学家惠勒就曾说过:“我们甚至无法想象宇宙在某地点、某段时间没有观察者存在,因为构建宇宙的特有材料,正是观察者的参与和举动。”他提出了量子理论的中心思想:在被观察到前,任何现象都是不存在的。”

平行宇宙

如果你认为薛定谔对他的猫实验的解读已经让你大跌眼镜,那么接下来物理学所发展的对于世界的解释恐怕更要让你惊奇万分。

物理学家在解释电子叠加时,给出了一个更加疯狂的解释。当电子通过双缝后,它们处于左和右的叠加状态中,只不过我们的世界本身也是这叠加的一部分

针对电子双缝实验,平行世界理论认为,生活在一个世界中的人们发现在他们那里电子通过了左边的狭缝,称为“左宇宙”;而在另一个世界中,就是“右宇宙”,人们观察到的电子则在右边。量子过程造成了“两个世界”。对于薛定谔的猫这样奇特的现象,平行宇宙理论给出的解释则是每次实验必定同时产生一只活猫和一只死猫,只不过它们存在于两个平行的世界中。在平行宇宙的理论中,一切可能发生的事情都已经在一个“世界”发生了,只不过它们发生在另外一个和我们没有接触的宇宙。这样一来,宇宙的演化自然也是决定性的,从过去到未来,一切早已注定。这个意义上,所谓时间的“流逝”不过是种错觉而已。

从宇宙诞生以来,已经进行过无数次这样的分裂,它的数量很快趋于无穷。我们处于的这个宇宙只不过是其中无穷多中的一个,其他的宇宙和我们这个宇宙平行,和平共处,互不干涉。实际上,过去和将来所有可能的事情,都已经实际上发生了,或者将要发生,当然他们的大部分都只不过在另外那些奇妙的宇宙里。

量子自杀

1998年,Max Tegmark提出了量子自杀实验。在一套设备里,利用原子衰变来控制扣动一把枪的扳机,我们就可以观测当一个人是否被打死。他迟早被打死,因为随着原子衰变概率的增加,枪的扳机迟早会扣动。但对当事人本身的角度来说完全不是这样。因为对他唯一有意义的就是“那些他活着的世界”。永远都会有一个他活在某个世界。

如果平行宇宙理论是正确的,那么对于某人来说,他无论如何试图去自杀都不会死!但按照平行宇宙理论,一切可能发生的都实际发生了,所以这个现象总会发生在某个宇宙!其实不管换什么方式自杀都一样,跳楼也好,卧轨也好,上吊也好,总存在那么一些宇宙,让他还活着。从该人自身的视角来看,他怎么死都死不掉。当然在其他无穷个宇宙里,他已经不存在了。

量子物理的发展不断地突破我们的认知能力,也许将来有一天我们会发现我们真的可以超越时间和空间,穿过虫洞。我们看待可能存在多维空间的世界,如同我们和生活在二维空间的纸片人之间的差别。当我们从一个二维平面将一个纸片人拉到我们这个三维的世界,在那个二维世界里他消失不见了。

量子物理的发展给我们更多的其实在于,我们眼前所看到的世界,并不真实,而我们以为稳固的世界,其实并不稳固。或许我们应该放下那些孜孜不倦追求的安全感,在这个奇妙变化的世界里发掘更多的可能性。



原文发布时间为:2016.05.02
本文作者:Jenny乔
本文来源:简书,如需转载请联系原作者。

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