物理學四大神獸 | 薛定諤的貓

量子力學是研究微觀世界的一門科學理論倒堕。世間萬物都是由原子框冀,電子等基本粒子構成钧舌。而區(qū)別于具體的實在粒子担汤,量子本質上只是一種物理概念。一個物理量如果存在最小的不可分割的基本單位洼冻,則這個物理量是量子化的崭歧,并把最小單位稱為量子。

量子態(tài)的疊加與坍縮

量子力學揭示了一個極其怪異的微觀世界撞牢,而這些怪異現(xiàn)象在宏觀世界是不可能存在的率碾。我們的人體就是個宏觀物體,但是組成宏觀物體的卻是無數(shù)個微觀粒子屋彪。其中最神奇的是量子疊加原理所宰。簡單地說,一個微觀粒子可以同時處于兩種狀態(tài)畜挥。它既是A狀態(tài)仔粥,也是B狀態(tài)。只要不去觀測它砰嘁,它永遠都處于兩種疊加狀態(tài)件炉。而一旦觀測到它處于哪種狀態(tài)勘究,此時的疊加態(tài)就瞬間坍縮矮湘。這明顯違背宏觀世界的常識。

1935年口糕,薛定諤為了讓普通人也明白量子世界的反常識現(xiàn)象缅阳,提出了有關貓生死疊加的著名思想實驗【懊瑁“薛定諤的貓” 是這樣描述的:在一個密閉的黑盒子里面有一只貓十办,以及少量放射性物質。這些放射性物質有50%的幾率會發(fā)生衰變并釋放出毒氣殺死貓超棺,同樣也有50%的幾率不發(fā)生衰變而使得貓可以活下來向族。外部觀測者只有打開盒子才能知道里面的貓是處于存活還是死亡狀態(tài)。當盒子處于封閉狀態(tài)時棠绘,貓將處于既死又活的疊加態(tài)件相。

薛定諤的貓是將量子疊加態(tài)擴展到宏觀世界的一種闡釋,幫助人們理解量子世界的不可思議性氧苍。

量子力學告訴我們夜矗,微觀粒子是可以同時處于兩種狀態(tài)。以光子為例让虐,光子在不被觀測時紊撕,具有波粒二象性。所以光子在不被觀測時赡突,既具有波動性也具有粒子性对扶。只有當我們觀測它時区赵,它才會瞬間坍縮,立馬確定成一面性浪南。

恐怖的雙縫干涉實驗

1801年惧笛,英國物理學家托馬斯 · 楊進行了有名的雙縫干涉實驗,他讓一束點光源的光通過一個雙縫逞泄,然后在雙縫后面的光屏上面觀察到了干涉條紋患整。這是由于光具有波動性,光通過雙縫到達顯示屏上時由于走過的路程不同喷众,從而產生相位的相長或相消各谚。因此產生了明暗相間的干涉條紋。

后期到千,科學家們針對該實驗昌渤,作出許多猜想:粒子的波動性是許多粒子的集體行為還是單個粒子的本征行為?如果在做電子的雙縫干涉實驗時憔四,可以有效控制電子流量膀息,讓電子一個一個通過雙縫,一個一個打到屏幕上了赵,還會出現(xiàn)波的干涉條紋嗎潜支?

1974年,意大利物理學家皮耶爾弗蘭科 · 德蒙蒂斯等人成功進行了單電子雙縫干涉實驗柿汛。像量子理論中預言的那樣冗酿,他們仍然觀測到了單電子的干涉條紋。

于是有科學家想知道為什么一個個電子發(fā)射也會有波的現(xiàn)象络断,就將高速攝像機對準雙縫來記錄粒子的運動情況裁替。但得到的結果是:粒子互不干涉地運動,穿過雙縫落到屏幕上的只有兩道條紋貌笨,干涉現(xiàn)象消失了弱判。而將攝像機拿掉時,干涉條紋居然又重新出現(xiàn)了锥惋。

也就是說昌腰,當不被觀測時,電子表現(xiàn)出了波動性净刮,而一旦對它進行觀測時剥哑,電子卻表現(xiàn)出了粒子性。

維格納認為淹父,是意識作用于外部世界株婴,使波函數(shù)坍縮。無論貓是死是活,只要一有人的意識參與困介,就變成要么是死大审,要么是活,就不再是模糊狀態(tài)座哩。同樣徒扶,人的觀測意識介入,使得電子的波函數(shù)瞬間坍縮根穷,表現(xiàn)出來實實在在的粒子性姜骡。意識可以改變客觀世界,使不確定狀態(tài)變成確定的狀態(tài)屿良。

如此說來圈澈,便是意識決定物質,世界并不是客觀存在的尘惧?我們所看到的世界其實是我們所希望看到的世界康栈,當我們一轉身,不去看這個世界喷橙,這個世界表現(xiàn)出的卻是一個我們完全陌生的世界啥么?

微觀粒子既然都是處于疊加態(tài),那么它們是不是就不確定了贰逾。而我們人體就是由無數(shù)個這樣的微觀粒子構成悬荣,那么我們的人體是不是也不具有確定性。只有當我們觀測自己時似踱,自己才變得確定嗎隅熙?難道正是我們用意識感知世界,世界才變得真實而確定嗎核芽?不用意識去觀測頭上的月亮,月亮就不存在了嗎酵熙?

當然轧简,這個猜測我們肯定難以接受∝叶總所周知哮独,世界上本不存在既生又死的情況,這種狀態(tài)最多只能存在于人的主觀想象中察藐,而這種想象也根本不可能影響到客觀世界皮璧。觀測者第一眼改變只能是觀念性的東西,所坍縮的也只是“貓既生又死”的這個觀念分飞,而根本沒有可能改變或決定貓本身的生存狀態(tài)悴务。

至于單電子雙縫實驗,給出的有關意識的說法本就是基于主觀的角度進行解釋的。因而之后說它會影響客觀事實是行不通的讯檐。要相信客觀事物是始終存在的羡疗,也許只是目前未發(fā)現(xiàn)確鑿的科學依據(jù)。人類探究科學之路仍舊相當漫長别洪。

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