?通俗解釋量子力學(xué)
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俗話說，“遇事不決，量子力學(xué)”。 量子力學(xué)是當(dāng)代前沿科技的基礎(chǔ)理論，但凡懂一點(diǎn)量子力學(xué)，你將比一般人超前一步，擁有看清宇宙真相的能力。量子論是20世紀(jì)物理學(xué)最重要的發(fā)現(xiàn)。在量子論的指導(dǎo)下我們才有了今天的核能技術(shù)、激光技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等。雖然量子論在技術(shù)領(lǐng)域取得了巨大成功，但量子領(lǐng)域中的一些詭異現(xiàn)象，科學(xué)家至今沒有搞清楚其內(nèi)在機(jī)制究竟是什么。物理學(xué)家費(fèi)曼說:這世界沒有人能懂量子力學(xué)。量子力學(xué)就是造物主的終極秘密。量子力學(xué)使經(jīng)典物理學(xué)大廈轟然倒塌，那些曾經(jīng)被奉為真理的定律，在量子力學(xué)的實(shí)驗(yàn)中被拉下神壇，同時(shí)新的理論和猜想逐步被證實(shí)。如果人類完全掌握了量子技術(shù)，那么多維世界、平行宇宙、時(shí)空穿梭、心靈感應(yīng)、意識(shí)、靈魂、黑洞，這些困擾科學(xué)界的未解之謎都將被揭開。在反直覺、毀三觀方面，沒有什么能與量子力學(xué)相比。量子力學(xué)給我們帶來(lái)了無(wú)限的遐想，顛覆了我們既有的認(rèn)知，改變了我們的世界觀和思維方式。
觀察創(chuàng)造實(shí)在。光究竟是粒子還是波，科學(xué)界為此爭(zhēng)論了100多年。牛頓認(rèn)為光不是一種波，而是由粒子組成的。由于牛頓在科學(xué)界中的地位，很長(zhǎng)一段時(shí)間人們都相信光是由粒子組成的。直到19世紀(jì)初，一位叫托馬斯·楊的科學(xué)家做了光的干涉實(shí)驗(yàn)，證明光是一種波，否定了牛頓的觀點(diǎn)。托馬斯·楊光的實(shí)驗(yàn)向人們表明，“權(quán)威并非真理”。托馬斯·楊的實(shí)驗(yàn)就是高中物理教材中的雙縫干涉實(shí)驗(yàn):讓光源通過兩條狹縫打到后面的屏幕上。如果光是粒子，那么屏幕上將會(huì)出現(xiàn)兩道杠。如果光是波，那么屏幕上就會(huì)出現(xiàn)明暗相間的斑馬線，也就是干涉條紋。實(shí)驗(yàn)結(jié)果是出現(xiàn)了干測(cè)條紋，說明光是一種波。
后來(lái)物理學(xué)家泰勒對(duì)雙縫實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了改進(jìn)：每次只發(fā)射一個(gè)光子，由于板上有兩個(gè)狹縫，光子每次只能通過其中一條狹縫。按理說屏幕上只會(huì)留下兩道杠，可結(jié)果卻出現(xiàn)了斑馬線，即出現(xiàn)了干涉條紋。由于每次只發(fā)射一個(gè)光子，那它又是和誰(shuí)發(fā)生干涉的？難道光子有分身術(shù)？這一現(xiàn)象令科學(xué)家大惑不解。1970年代末期，終于開發(fā)出一種能夠記錄和觀察光子運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)。物理學(xué)家立即將其用于雙縫實(shí)驗(yàn)。用攝像頭監(jiān)測(cè)每個(gè)光子到底是從哪條縫穿過的，看看光子是如何分身的。之前的實(shí)驗(yàn)，屏幕上都會(huì)出現(xiàn)了明暗相間的干涉條紋，可這一次干涉條紋詭異地消失了，屏幕上出現(xiàn)了兩道杠。調(diào)取監(jiān)控看，發(fā)現(xiàn)光子的確是從左邊或右邊的縫隙隨機(jī)穿過的，并沒有出現(xiàn)分身現(xiàn)象。于是撤掉監(jiān)控重做實(shí)驗(yàn)，結(jié)果又出現(xiàn)了明暗相間的干涉條紋。經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗(yàn)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)：只要啟動(dòng)監(jiān)控，光子就會(huì)乖乖地通過其中一個(gè)狹縫，表現(xiàn)出它的粒子性質(zhì)?？墒牵坏╆P(guān)掉攝像頭，不去人為監(jiān)控，屏幕上就又會(huì)出現(xiàn)干涉條紋。光子似乎“知道”自己有沒有被人觀測(cè)，不讓人看到它是怎樣分身的。
雙縫實(shí)驗(yàn)最終的結(jié)論是，微觀世界的粒子在沒有被觀測(cè)時(shí)，其特性都是不確定的，直到有人觀察它的那一刻，它的不確定性才會(huì)消失。在沒有被人觀測(cè)時(shí)，粒子按照波函數(shù)，以概率波的形式彌漫于整個(gè)空間，虛無(wú)飄渺，沒有實(shí)體。一旦有人觀測(cè)，波函數(shù)瞬間坍縮，一切幻象，所有的概率波都瞬間消失，粒子便以一個(gè)實(shí)體出現(xiàn)在你面前。一旦觀察者離開，粒子又變成虛無(wú)飄渺的概率波。量子力學(xué)的實(shí)驗(yàn)結(jié)論，令很多科學(xué)家感到費(fèi)解和難以置信。即使最富于革命精神的科學(xué)大師愛因斯坦也難以接受這一全新的理念，并說了那句著名的話：“難道我不看月亮的時(shí)候，月亮就不存在？
1979年，美國(guó)理論物理學(xué)家惠勒又提出了延遲選擇試驗(yàn)，他把攝像頭從雙縫板的前邊移到雙縫板的后邊，等光子穿過狹縫后再?zèng)Q定開不開攝像頭。也就是說等生米做成熟飯?jiān)僮鰶Q定。按理說開攝像頭之前，屏幕上是形成雙杠還是斑馬線，應(yīng)該已經(jīng)確定了吧。但實(shí)驗(yàn)結(jié)果卻是，只要你開了監(jiān)控，屏幕上就是兩條杠，光子似乎能預(yù)測(cè)未來(lái)你會(huì)不會(huì)開攝像頭。
人類意識(shí)不能影響物理現(xiàn)象，物理實(shí)驗(yàn)的結(jié)果不會(huì)因我們是否觀察而改變，這是經(jīng)典物理學(xué)的基本規(guī)則，但是這條規(guī)則完全被量子力學(xué)打破了。量子論的每一個(gè)說明都要牽扯到人類的意識(shí)，否則沒辦法解釋。如今,量子論已被無(wú)數(shù)實(shí)驗(yàn)所證實(shí),至今沒有一個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果與量子論的預(yù)測(cè)發(fā)生矛盾。量子論的實(shí)驗(yàn)表明，物質(zhì)世界不是獨(dú)立于觀察者之外，觀察者的意識(shí)活動(dòng)能夠改變實(shí)驗(yàn)結(jié)果——“觀察創(chuàng)造實(shí)在”。愛因斯坦，始終站在反對(duì)量子論的第一線，至死不渝。事實(shí)證明他的抗?fàn)幨峭絼诘?。荷蘭作家亞伯拉罕·派斯曾調(diào)侃說，就算1925年之后愛因斯坦改行釣魚，對(duì)于科學(xué)來(lái)說也沒有什么損失。
量子糾纏。量子力學(xué)中最奇怪，最不合理，最瘋狂的就是“量子糾纏現(xiàn)象” ，它完全違背了整個(gè)宇宙的邏輯。量子糾纏簡(jiǎn)單地說就是， 兩個(gè)處于糾纏狀態(tài)的粒子，如同一對(duì)有“心靈感應(yīng)”的雙胞胎姐妹，不論把它們分開多遠(yuǎn)的距離，即使一個(gè)在地球上，另一個(gè)在月球上，測(cè)量其中一個(gè)粒子時(shí)，另一個(gè)粒子的狀態(tài)會(huì)也同步發(fā)生改變。兩者之間沒有電話線，沒有任何傳導(dǎo)物質(zhì)，根本沒有連結(jié)彼此的東西，這邊做出的選擇是如何影響那邊的？所以說這種現(xiàn)象非常奇怪。 好像兩個(gè)粒子之間存在心靈感應(yīng)，能夠感知對(duì)方而做出改變。愛因斯坦無(wú)法接受糾纏現(xiàn)象的作用方式，他稱之為“幽靈般的超距作用”。愛因斯坦認(rèn)為，所有事態(tài)的結(jié)果，在你觀察它們之前就已經(jīng)確定了。玻爾則認(rèn)為處于糾纏狀態(tài)的粒子可以瞬間發(fā)生聯(lián)系，即使相距遙遠(yuǎn)也沒關(guān)系。沒有人知道該如何解決這個(gè)問題，所以這個(gè)問題便從一個(gè)科學(xué)問題，變成了一個(gè)哲學(xué)問題。1955年愛因斯坦去世，他死前仍然堅(jiān)持自己的觀點(diǎn)。1967年之后，美國(guó)物理學(xué)家克勞澤和法國(guó)物理學(xué)家阿蘭·阿斯佩，先后建造出能夠生成并對(duì)比多對(duì)糾纏粒子的機(jī)器。實(shí)驗(yàn)證明量子糾纏現(xiàn)象真的存在，粒子之間真的存在幽靈般的遠(yuǎn)程作用。粒子可以跨越空間彼此聯(lián)系，測(cè)量其中一個(gè)，可以馬上影響到它遠(yuǎn)方的伙伴，仿佛它們之間的空間不存在一樣。愛因斯坦認(rèn)為不可能的事，也就是遠(yuǎn)程“幽靈般的作用”，真的存在。近年來(lái)，量子糾纏已廣泛應(yīng)用于量子保密通信、量子計(jì)算和量子精密測(cè)量等各個(gè)領(lǐng)域，但量子糾纏現(xiàn)象及糾纏的速度仍是一個(gè)未解之謎。兩個(gè)處于糾纏態(tài)的量子，發(fā)生“心靈感應(yīng)”的速度有多快？2013年7月，中國(guó)科技大學(xué)潘建偉院士率領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)在國(guó)際上首次用實(shí)驗(yàn)證明：在所有相對(duì)地球以千分之一光速或更低速度運(yùn)行慣性參照系中，量子“心靈感應(yīng)”速度至少為光速的一萬(wàn)倍。成果發(fā)表在國(guó)際權(quán)威期刊《物理評(píng)論快報(bào)》上。量子糾纏被認(rèn)為是科學(xué)界最棘手的概念之一，一旦理解了它，將會(huì)使我們對(duì)量子論中“平行宇宙”的概念理解的更加深刻和豐富。
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