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量子力学的核心思想,其本质关系着能否通向最终的宇宙至理

科技前沿 admin 9个月前 (03-04) 184次浏览 已收录 0个评论 扫描二维码

量子力学的核心思想,其本质关系着能否通向最终的宇宙至理

中国科协
角标
02-23

能打开这篇文章,说明你肯定对量子力学有所了解,或者说比较感兴趣。

量子力学非常诡异,甚至很多现象都违反我们的直觉和生活经验,以至于很多人无论如何不相信量子力学。

但不可否认的是,量子力学带来的科技早已深入我们的日常生活中。比如说激光扫描仪,手机中的芯片,LED屏幕等等都与量子力学有关。同时,量子力学还诠释了恒星为什么会发光,你我的眼睛到底能看到什么东西。

如果没有量子力学,你的手机很可能彻底沦为一块废铁。随着量子力学的发展,肯定会带给人类更多的惊喜,而量子力学也成为了现代物理学大厦的两大基石之一(另一个是相对论)。

不过,尽管量子力学发展了百年,但存在着很多未解之谜,我们仍没有真正理解量子世界到底是如何运作的。

这也是为什么,关于量子力学的争论总是不绝于耳。

不过难以置信的是,用数学的方式却可以精确地预测量子世界发生的故事,但是一旦我们试图用物理理论去诠释,就出现了分歧。

哪怕是十分简单的东西,用物理很难解释。

比如说,当科学家试图描述电子的位置或者速度时,就遇到了难题,无法同时描述电子的位置和速度(动量),而这在现实世界是很容易做到的。比如一辆运动的小汽车,我们很容易就能描述出汽车的位置和速度。

我们生活在三维空间,要描述一个物体的位置,只需要三个数字就可以了,简单说就是“长宽高”(更严谨点就是纬度,经度,高度)。但在量子世界,一切都大不一样,用三个数字是不够的,理论上甚至需要无穷多个数字。

而所有数字的集合就是我们通常所说的“波函数”,描述波函数的方程就是薛定谔方程,由薛定谔提出。

薛定谔方程在量子力学里非常重要,就如同牛顿定律在宏观世界的地位一样。

上面的方程就是薛定谔方程。

薛定谔方程看起来太优美,太简洁了。但最让我们不解的是,为什么需要无穷多个数字才能描述电子的位置?还有,当我们试图观测电子究竟在哪个位置时,发现电子就在某个地方。

更让科学家不解的是,当我们观测电子时,波函数就不再遵循薛定谔方程,波函数“坍缩”了。

说白了,当人们试图进行观测时,波函数就不再遵循薛定谔方程,只有在不观测时,波函数才会遵循薛定谔方程。

有科学家倾向于相信量子世界也遵循宏观世界的法则,认为当我们观测时,光子会与微观粒子发生作用,进而导致“波函数”坍缩。但持有这种观点的科学家寥寥无几。

科学家们发现,越来越多的实验表明,量子世界的现象也适用于质量更大的物体,并不仅仅是微观粒子,这些大物体甚至包括宇宙本身。

问题就来了,如果量子力学适用于所有环境,所有物体,那么我们的观测究竟有什么意义?

有科学家给出这样的答案:其实并不存在所谓的测量问题,因为不测量就没有意义,只有测量了才有意义。

这种观点其实就是以波尔为首的“哥本哈根诠释”(不确定性原理),这种诠释也越来越多地被物理学界承认,尽管它看起来实在太诡异了。

但无论如何,哥本哈根诠释给人的感觉就是模棱两可,非常模糊。不可观测的事物没有意义,看起来就像一种“诡辩”。

就像爱因斯坦质疑波尔那样:不看月亮时,月亮就不存在吗?波尔给出的答案是:不看月亮时,你怎么知道月亮一定存在呢?

虽然哥本哈根诠释在大部分时间里,都占据了绝对优势,但总会有物理学家提出质疑,提出自己新的观点。

比如说,多世界诠释。该诠释认为,没有所谓的“波函数”坍缩,因为宇宙每时每刻都在分裂成不同的宇宙,任何一件事的任何可能的结果都会发生,发生在多重宇宙,因为多重宇宙是无限多的,任何一种概率都会出现。

而爱因斯坦生前坚决反对哥本哈根诠释(不确定性),认为应该存在某些没有发现的隐变量,才导致了量子世界的难以解释的诡异现象。

量子力学的发展不会停止,量子世界为何是不确定的?为何只有观测才能让某个微观粒子的状态确定下来?或许我们远没有触摸到量子世界的核心。

如果未来某天科学家真正弄明白了不确定性的本质,或许人类就能触摸到宇宙的终极至理!


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