淺薄哲學(xué)(19)單光子雙縫實驗

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把有關(guān)量子力學(xué)的東西放到19節(jié)這么后面,其實就是表示前邊18節(jié)的內(nèi)容和現(xiàn)代物理泡仗,關(guān)系并非很大。大部分情況下猜憎,就算沒有現(xiàn)代物理娩怎,那些困惑,或者說那些證明思路也是存在的胰柑。但是就像在現(xiàn)代物理誕生以前截亦,人們根本就無從討論原子結(jié)構(gòu)為什么是固定的一樣,我相信意識問題冥冥之中也是和現(xiàn)代物理相關(guān)的柬讨。我的意思是崩瓤,如果在經(jīng)典物理的框架下,意識問題看起來像是一個無解的困惑踩官,你可以持某種特定的觀點却桶,但你永遠(yuǎn)只能停留在思辨的層次上欣賞你那種特定的觀點。世界永遠(yuǎn)是以一種矛盾的形態(tài)呈現(xiàn)的:封閉的物理世界里蔗牡,意識的存在帶來了一些矛盾的問題颖系,但是意識存在又是我關(guān)于這個世界最深層次的認(rèn)識。但是矛盾總是存在的辩越,如果這個世界是按照經(jīng)典物理所說運轉(zhuǎn)的話嘁扼,原子結(jié)構(gòu)為什么是穩(wěn)定的,也會是一個深刻的困惑黔攒。

人們常說波粒兩象性趁啸,說的是微觀物質(zhì)既可以是粒子强缘,也可以是波,不過除了持某些特定的立場(比方Bohm式的)不傅,說的并非是物質(zhì)總是波又總是粒子旅掂。確切地說,但其實也不大恰當(dāng)访娶,物質(zhì)不被觀察時是波商虐,而被觀察或者被捕獲時就變成了粒子。

這里有個奇怪的問題就是震肮,如果粒子在被觀察時總是粒子,我們怎么知道它在不被觀察時是波呢留拾?是通過數(shù)學(xué)推導(dǎo):如果我們決定不去觀察它戳晌,而是通過它的初始狀態(tài)來計算它最后出現(xiàn)在哪里的概率,我們肯定必須把那個觀察時總是粒子的東西看成是波痴柔。

這個波的幅度是一個復(fù)數(shù)沦偎,如果取復(fù)數(shù)的絕對值,數(shù)學(xué)上叫做“目任担”豪嚎,則是粒子出現(xiàn)在這個點上的概率密度。波是依據(jù)薛定諤方程做的運動谈火。一種觀點是侈询,也許波并非真實存在的事物,它只是粒子在某個位置的可能性的一種數(shù)學(xué)上的表達(dá)而已糯耍,實際上粒子總是粒子扔字,只是因為我們不了解它的位置,才把它看成波温技。

我直到大三那年都是這么理解的革为,所以我一直相信這是普通人最容易有的錯覺。其實舵鳞,問題就在于震檩,假如它只是數(shù)學(xué)上的可能性的一種表達(dá)的話,它是不會產(chǎn)生影響的蜓堕,但實際上兩種不同的可能性互相產(chǎn)生了影響抛虏,說明它就不僅僅是數(shù)學(xué)上的表達(dá)那么簡單了。

這么說可能抽象了一些套才,不過有一個最簡單最形象的實驗來說明這個道理嘉蕾,就是雙縫干涉實驗。這個實驗的最初版本有一個光源霜旧,光源前邊有兩條縫错忱,后邊有屏幕儡率。我們可以想象假如光是粒子的話,屏幕上應(yīng)該是兩條與縫對應(yīng)的光條以清,但其實出現(xiàn)在屏幕處的卻是n條條紋儿普。通過數(shù)學(xué)計算,我們知道這是光波發(fā)生疊加之后在屏幕上的顯現(xiàn)掷倔。

一開始人們以為是大量光子產(chǎn)生光波才會有的疊加現(xiàn)象眉孩。后來有人試著用每次只發(fā)射一個光子的機器去做同樣的實驗。結(jié)果神奇的事情發(fā)生了勒葱!光子通過兩條不同的縫的可能性互相之間疊加浪汪,最后依然產(chǎn)生了條紋狀的樣式。大量光子互相疊加還不算奇怪凛虽,一個光子怎么也能自嗨死遭?光子穿過a縫的可能性既然可以和穿過b縫的可能性產(chǎn)生物理影響?這真是奇怪凯旋!

這就像你去廁所的可能性踢了你去客廳的可能性一腳一樣難以理解呀潭。

就我所知,有些物理科班的同學(xué)至非,只要不關(guān)心這方面問題钠署,也不一定會正確理解這件事。我曾經(jīng)和兩個物理系的同學(xué)討論過這個問題荒椭,第一個是一個妹子谐鼎,現(xiàn)在已經(jīng)投入到人民教師的隊伍,她說過以前做這個實驗趣惠,以為是前一個粒子和后一個粒子產(chǎn)生了作用该面。不是這樣的o>_<o單光子實驗就是為了排除前后粒子之間的作用啊。

另一個是我初到香港認(rèn)識的一位材料物理的同學(xué)信卡,他堅決不相信做過單光子的雙縫實驗隔缀。他的堅定使我自己都產(chǎn)生了懷疑。我當(dāng)時只能說傍菇,你回去查查維基百科猾瘸。第二天他和我說他錯了,單光子實驗真的做過丢习。然后他問我為什么會有這種奇葩事發(fā)生牵触?

不過雖然不能理解,還是可以接受咐低。不過我個人的觀點是揽思,如果說這個世界只有薛定諤方程的話,說這個世界是因果閉合是沒問題的见擦。問題就在于這個世界有一種過程钉汗,物質(zhì)會從波的狀態(tài)突然變成粒子的狀態(tài)羹令。這個過程在人類世界就是發(fā)生在粒子被測量的時候,不過不排除其它情況下也會發(fā)生损痰。而這個過程是不包含在我們物理世界的因果圖象里面的福侈。量子力學(xué)沒有一個規(guī)律會說什么時候測量會發(fā)生,它只說了卢未,測量發(fā)生時會怎么樣肪凛。

所以因果閉合的世界是有缺口的。

不過我這個觀點是個人想法辽社,希望有物理系的可以討論討論這個問題伟墙。但有一點我認(rèn)為是大概率成立的,就是量子力學(xué)打開了一個這樣的世界滴铅,這個世界很可能確實并非因果閉合的戳葵。

最后介紹兩本書,一本是格里菲斯的《量子力學(xué)概論》失息,一本是《量子之謎》(quantum enigma)譬淳,后邊一本書寫得通俗易懂档址,不過也有評論也認(rèn)為有點江湖術(shù)士的味道盹兢。不必理睬那些從結(jié)果判斷一本書的人。如果你真的想知道《量子之謎》書有沒有騙人守伸,那你鉆研量子力學(xué)并勤加思考咯绎秒。

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