量子力学的奥妙之处

如果宇宙只有一个电子,那么整个宇宙就会充满了这个电子的物质波,到处都是它的影子。但是,要是你用好多个探测器去测量,你只能由其中一个探测器测到一粒稳定的电子,这就是量子力学超越常识的一种特性。

楼主 O地球村O  发布于 2018-09-20 00:29:00 +0800 CST  
我回想起维特根斯坦的一句话说:“哲学就是要让一个老太婆也能读懂”。正因如此,我得以一个幼师的角色象是向小朋友们讲童话故事那样的亲切和生动,以便于让一种不寻常的知识象儿童读物那样的通俗易懂,也许当中有太多的不足之处与你从教科书里学到的内容相佐,甚至引来诸多的反感,以致于让我蒙受无辜的白眼,那也没有什么的,毕竟,各人有各人的世界观嘛。如果你不认同我的观点以及不认可我的陈述方式,那就权当我是在讲述科幻故事,或者是在讲述一些天荒夜谭的神话故事得了,千万不要为此而耿耿于怀,不要让它成为压在你心头上的一块陨石,要是我的观点错了的话,那就请您把它当做反面教材吧!唯求不要任意删掉我的贴子就行了。


现在,我们必须有足够的耐心和毅力,要深深的相信,真理就象泉水一样晶莹剔透,再深奥复杂的知识只需有人点破,它就会变得十分的清晰,而不再象是一个神秘的女孩整天让你魂牵梦绕了。

楼主 O地球村O  发布于 2018-09-21 13:04:00 +0800 CST  
也许你会从我的言辞中听到一点轻狂的声音,毕竟,量子理论就像一个神秘的少女嘛,我们天天与之相见,却始终无法猜透她的内心。在自然哲学观上,量子理论带给了我们前所未有的冲击和震动,甚至改变了整个物理世界的基本思想。它的观念是如此地革命,乃至最不保守的科学家都在潜意识里对它怀有深深的惧意。以致于量子理论的奠基人之一玻尔都要说:“如果谁不为量子理论而感到困惑,那他就是还没有很好的理解量子理论了。”


是的,我们该如何去理解呢?从量子双蓬实验、量子延迟实验、量子擦除实验、量子跃迁实验、量子超距纠缠实验,直至最后薛定谔提出来猫死猫活的思想实验为止,所有这些实验,科学家是如何在实验室里进行的?他们采用的道具又是什么?面对整个宠大的科学实验和物理知识,我们无从一一亲自目睹,更不可能穷尽一生的精力吸收全部的精华知识。因而,只能从中领略它的大概要义,好让我们从事哲学的思考有所帮助罢了。

楼主 O地球村O  发布于 2018-09-21 15:58:00 +0800 CST  
薛定谔之猫是量子力学中的一个终极难题,如果要理解猫的思想实验是怎样从量子的怪诞行为引申而来的,我们就得象进行一场游戏式的闯关一样,遵循着科学家们的实验路径,经过各个击破,一步一步的从他们无微不致的试验和理论模型中获取相关的依据,来看一看这只猫究竟提出的是一个什么样的问题,是什么原因让薛定谔要提出这样的一个构想,以及它背后所隐藏的秘密是什么?

楼主 O地球村O  发布于 2018-09-21 19:37:00 +0800 CST  
为了方便讲述,也为了节省大家的时间,我就来个单刀直入,奔向主题了。量子力学的怪诞行为是从那里发现的呢?它便是起始于一个家喻户晓的双缝实验,在双缝实验中发现了光子的波粒二象性。这个实验是多么的令人费解,以致于科学家们为之动容,因它而声色具变。为什么不观测就是波?一旦观测就是粒子呢?现在,我就以拟人的方式来说明这个实验的奇妙之处吧!

楼主 O地球村O  发布于 2018-09-22 15:16:00 +0800 CST  
为了方便理解,楼主就把将量子力学扩大到宏观层面来想象吧!我们现在就来开动右半脑的功能,设想平地上树起了一幅高墙,墙中敞开着两口小门,把将每个小门约束在只准许一个人走进去,如果光子是一个粒子的话,那么就像一个人冲进一口小门过去一样,这符合经典的物理定律。


可是在实验结果中,这个人好像使用了分身术,他居然同时穿过两道小门,且变成两个人手拉着手跳起了交谊舞,并以顾斜的角度投落在一个不确定的点子上,这是怎么回事呀?说好是一个人进来的,怎么现在变成两个人了?



这一现象由于在微观层面上科学家无法看得清楚,而是通过光子走过所留下的划纹来了解的,这时就需要采用司马姑娘的数学天份来计算光子互相干涉的行为和不确定的概率了。具体怎么计算我不知道,这个任务就交给数学家司马骧苴来完成吧!

楼主 O地球村O  发布于 2018-09-22 18:34:00 +0800 CST  
既然不能用眼睛看,科学家就制作了二个探测仪器来代替两只眼睛,现在就把仪器按置在入门不远的地方,看一看光子究竟是如何通过两道缝孔进来的,这一看,不禁令科学家们大吃一惊,怎么进来的只有一个人呀?莫非是被我的探测仪影响了?让其中另一个光子人“害羞”起来!

楼主 O地球村O  发布于 2018-09-22 18:52:00 +0800 CST  
既然不看就是两个,这叫做叠加态,一看就只剩下一个,这叫做稳定态。那么必然是由于光子受到仪器的影响使它改变了形态,可是寻来找去并未发现任何介质对光子施加影响,只有一个可能,那就是一定有着一种隐变量的存在,虽然无从发现隐变量来自何处,为了排除探测仪器对光子的干扰,物理学家就采用两条长长的通管来代替两道夹缝,让粒子从两个并齐的管道口弹射进去,即便是探测仪器对它有影响,两个光子想要逃跑都跑不了了吧!现在开始试验……怎么回事?不观测,两个光子就通过两条管道,一旦观测就让其中一个光子给逃跑了?看来还是因为光子受到探测仪器的干扰吧!怎么办呢?那就让探测仪器不断向后退,让它按放在远远的角落来观测光子的行为吧,以免因为太靠近夹缝而干扰了光子,这个实验就叫做无限延迟实验。

楼主 O地球村O  发布于 2018-09-22 22:10:00 +0800 CST  
现在,把将激光枪、双夹缝、探测器,三点形成一条直线,如果光子通过一道夹缝,则会射击在探测器的显示屏上,如果光子通过二道夹缝,则会由于互相干涉而产生倾斜投射,按常理,探测器距离夹缝已经很遥远,不可能干扰光子的行为,这样就可以看到两个光子既在左缝又在右缝的现象,可是实验过程中,无论你把探测器向后移多远,观测结果始终只是一个光子。这就不禁令物理学家心生疑惑,是不是因为光子在未进入夹缝之前就已经知道探测器在注视着它呢?或许是背后存在着不受空间限制的隐变量呢?那么,假如把将探测器的显示屏遮住,而光子仍是一个,这说明的确受隐变量影响,如果光子是两个,则说明意识在起作用,然而实验结果却偏偏倾向后者。

楼主 O地球村O  发布于 2018-09-23 23:42:00 +0800 CST  
顺随介绍另一个实验,是量子察除实验的变种,这个实验更加让人费解,因为它意味着现在可以决定过去,然而事实是不是如此?请看这个实验是怎么做的。
上楼已经说明,只要关闭探测器的显示屏,光子就会通过两道夹缝,一旦打开显示屏,则只剩下一个光子穿过一道夹缝。那么暂且把显示屏关闭,让光子先通过夹缝,等光子要到达的时候再把显示屏打开。实验过程中,在你未打开显示屏之时,光子好像早已知道你要做什么,它会事先穿过一道夹缝到达探测器前面等待着你打开显示屏。如果你不打开,它也好像早已知道,而事先通过两道夹缝并互相干涉起来。
光子有意识吗?甚至光子还能未来事先知?不管怎么样,请不要把将物理现象归咎于神话吧!这应该还是隐变量在起作用,科学家们提出一致的观点。

楼主 O地球村O  发布于 2018-09-24 01:13:00 +0800 CST  
亲爱的朋友,请不要急于理解薛定谔猫的状态,只要您清楚明白叠加纠缠态的原理,您也会像薛定谔一样提出猫死猫活的构想,因此,为了更进一步了解量子的行为,我必须从几个简单实验说起,以便于为后继的理论做好铺垫,就请您耐心一点等待吧!空闲之余,我会陆续说清的。

楼主 O地球村O  发布于 2018-09-25 19:02:00 +0800 CST  
尊贵的朋友,楼主现在又回来了,感谢楼上几位朋友的新鲜观点,我们一定会在交流中撞击出智慧的火花,使普遍的朋友们都能够领会量子力学给我们的思想带来什么启迪。

上述实验已经告知朋友们量子力学的稀奇古怪现象,接下来再让我们进入另一个实验,正是这个实验使得爱因斯坦向玻尔提出拮难:“我们不看月亮时月亮还存在吗”?

楼主 O地球村O  发布于 2018-10-04 20:30:00 +0800 CST  
实验过程即是把将一粒电子放进一个一维势箱,这个一维势箱是由钻石做成的。由于资料缺失,不知道科学采用什么方法对它进行精密的测量,我只能粗略讲述一个电子的行为模式。为了方便理解,我们现在把将这个一维势箱想象成一幢空无一物的高楼,楼里让一个量子人走进去,看看他在里面会做些什么?不测量的时候,楼子里好像每一层都住满了人。现在开始来测量他所经过的路径、速度和位置。一般情况下,这个人从一楼登上十楼,他需要步行楼梯,一层一层的登上去,可是这个量子人却大不相同,他好像从一楼消失,直接跃迁上三楼,再到六楼五楼八楼七楼十楼做出不规则的运动,而且不止一个人在走动好像有好几个形成一个矩阵,可是当要观察他的准确位置时,他却立即从十楼直接回落到一楼并显现出一个完整的人。

楼主 O地球村O  发布于 2018-10-04 20:33:00 +0800 CST  
这就不禁让爱因斯坦提出了一个问题,“我们不看月亮时月亮还存在吗”?如果真要这么设想的话,必须把将月亮看做一个巨大的量子,当我们不看月亮的时候,月亮必然遍布了整个太空,表现出无真实性和无定域性,当我们看月亮时,月亮就突然从某处出现。显然,月亮不是一个量子,而是由一大堆粒子构成,用微观量子的规律套用在宏观世界上当然不能适用。


事实上,一个量子的叠加态不止包含两个态,其实还有很多个态与本真态纠缠在一起,通常为了方便讲述,基本都省略剩下两个态:即a1态和a2态,它们互相纠缠互相干涉,当观察的时候,不是显现出a1便是显现出a2,这正是量子力学表现为不确定性的根本原因。

楼主 O地球村O  发布于 2018-10-04 20:34:00 +0800 CST  
亲爱的朋友,当您听到背后有一群人在谈话和吵架,可是当您回头一看,您看到只有一个人,这是什么滋味呢?量子理论的全部要点正在于此。一个叠加态包含着a1、a2、a3、a4……甚至无穷。当你观察到其中的任意一个态时,其它态全部退离干涉关系,不再互相纠缠,从而消失于观测之中,这一情形便称为量子叠加态的“退相干”现象。


现在,我们不禁要问:一个叠加态包含着这么多的态,那么其中那一个才是真实的存在呢?量子理论告诉你,没有那一个才是真实的,只有当你观察的时候让你任意挑选一个,就象赌博一样,你只能任意模出一张纸牌,其它纸牌则会立即消失。


这一困境必将让我们回想起薛定谔中的那只猫。

楼主 O地球村O  发布于 2018-10-06 16:16:00 +0800 CST  
朋友们,这是量子力学进入最难的时刻,请大家留神观注。


一个量子的叠加态,即便是我们不对它实行观测,它也会不定时的自行坍缩,使得它从弥漫开来变成精确地出现在某个位置。当叠加态成为稳定态的时候有两种情形发生,一种是因衰变而激发转化为中子,另一种是老老实实的稳定在那里。两种概率各自占50%。



我们现在就要追问,如果叠加态中的a1衰变,a2不衰变,它们互相退出干涉关系时,谁才是真实的存在呢?谁在代表着事物的显象呢?

楼主 O地球村O  发布于 2018-10-06 17:34:00 +0800 CST  
假设两排鞭炮,我们只能观察到其中的任意一个,一排爆炸,一排不爆炸,那么哪一个才会成为被我们观测到的对象呢?如果没有观察,现在只能说:鞭炮处于爆炸与不爆炸的叠加状态之中,只有当观察的时候,有没有爆炸才会被我们知道!


薛定谔终于提出一个思想实验:把一只猫、一个装有氰化氢气体的玻璃烧瓶和放射性物质放进封闭的盒子里。当盒子内的粒子衰变时,就会打破烧瓶,杀死这只猫。根据量子力学的哥本哈根诠释,在实验进行一段时间后,猫会处于又活又死的叠加态。可是,假若实验者观察盒子内部,他会观察到一只活猫或一只死猫,而不是同时处于活状态与死状态的猫。这事实引起一个谜题:到底量子叠加是在什么时候终止,并且坍缩成两种可能状态中的一种状态呢?

楼主 O地球村O  发布于 2018-10-06 18:10:00 +0800 CST  
答疑:一个量子的衰变是熵增的表现,是叠加态中的各态包含着有衰变和不衰变的因子,当衰变的单一态与我们这个世界的频率相对应时则衰变突显,反之也然!

楼主 O地球村O  发布于 2018-10-07 14:04:00 +0800 CST  
热爱智慧的朋友们,接下来,让我们来看一看量子跃迁是怎么回事吧!

楼主 O地球村O  发布于 2018-10-07 17:35:00 +0800 CST  
哲学家既是人类灵魂的工程师,也是科学革命的领导者。哲学家必须懂得机械原理,但是未必能够亲手制作机器,制作机器是工人的事,工人就是科学家,所以科学家必须听从哲学家的指引,因为哲学思想是科学道路上前进的路标,哲学家永远在为科学家设立一盏长征之路的照明灯。

楼主 O地球村O  发布于 2018-10-09 17:19:00 +0800 CST  

楼主:O地球村O

字数:4492

发表时间:2018-09-20 08:29:00 +0800 CST

更新时间:2020-09-23 14:53:00 +0800 CST

评论数:294条评论

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