上一篇推送《量子通訊是個什么鬼?能用來打仗嗎?》在各個平臺都引起了熱烈討論,這除了歸功于黃種人智商普遍較高之外,還要歸功于我國基礎教育的普及,無論如何能全民參與量子理論的探討,在任何國家都不可能做到。
確實,每天都關心世界和平是有點枯燥,既然大家對科學有這么強烈的興趣,東升時評(微信公眾號dssp99)就跟大家多聊聊科學、多動動腦,沒準我們的整個視野都會開闊起來!因為你要知道,聰明的大腦在任何領域都不會笨。
同樣,這篇文章筆者依然不會堆砌“哥本哈根解釋”或者“貝爾不等式”等科學名詞來裝逼格很高,也不會拿出來“Ψ=δ(x1-x2-L)δ(p1+p2)”之類的老百姓連符號都認不全的方程或者搬出來“恩格勒-格林伯格對偶關系式”之類的術語來掩飾淺薄。
東升還是只用文科生都能看懂的語言展開對話,目的是讓所有人甚至初中的小朋友都能看懂量子理論描述的是什么,如果你用心思考了,筆者保證你能看懂文章所表達的全部內容,但是,讀完這篇文章你如果覺得自己能完全理解量子世界了,那么......
請在讀一遍!
言歸正傳!上篇文章說到,愛因斯坦看了波爾的量子理論之后,實在是無法認可,愛因斯坦堅信這個宇宙不存在“鬼魅作用”,到死都沒有跟波爾達成一致。這篇文章就聊聊量子世界到底有哪些“異靈事件”讓愛因斯坦一輩子耿耿于懷的!
做好心理準備,細思極恐的哦。
“上帝說要有光,于是就有了光”,“光”這種東西太重要了,光到底是什么?人類也一直在思考這個問題,中國的墨子最早提出光沿直線傳播的概念,并且最早發(fā)現(xiàn)小孔成像的原理,因此這次發(fā)射的量子通訊實驗星也是以墨子命名,就是為了紀念他。
近代物理關于光最初的爭論還是源自于牛頓,根據(jù)牛頓的解釋,光這種我們熟知的東西是粒子形式的,也就是說我們平時看到的光束牛頓認為是一粒一粒的光子連續(xù)組成。這樣就解釋了為什么光會反射和折射,當然同時期還有惠更斯等科學家認為光是一種波動,但是由于牛頓的學術地位,當時的科學界也都更加傾向于牛頓的說法:光是一種粒子。
直到十九世紀托馬斯楊為了更好的研究光學,進行了著名的托馬斯楊雙縫干涉實驗,這才一步一步揭示了光的真相。
這個實驗非常著名,因為它從此在物理學界釋放出來一個“幽靈”,這就是量子幽靈,之后這個幽靈困擾了人類一個多世紀,直到現(xiàn)在不但沒有被科學界徹底解讀,反而越來越令人困惑。
首先我們看光是如何通過單縫的:
這個圖很好理解,一束光被假設成一個個的光子,在通過一個縫隙后,射在后面的背景墻上形成一道光斑。
很容易想象,我們在傍邊再加一條同樣的縫隙之后,屏幕上應該有兩道同樣的光斑如下圖:
但是事實上跟我們想象的結果完全不同,托馬斯楊在現(xiàn)實中得到的并不是兩道光斑,而是光的干涉條文,如下圖:
這讓科學家很迷惑,就嘗試隨時遮擋其中一個縫隙看看是什么結果,然后得到的仍然是一條光斑,不遮擋的時候就是干涉條文,也就是說,只要你是兩條縫隙,光就能在屏幕上形成干涉條文。
為什么不是我們想象的兩條光斑而是干涉條紋呢?這中間到底發(fā)生了什么?科學家一開始解釋為:這應該是光子太多,同時通過兩個小孔的時候過于擁擠造成的,然后科學家就一顆一顆發(fā)射光子,一顆光子打到對面屏幕上之后,再發(fā)射另一顆,看看會是什么情況!
然后讓科學家抓狂的事出現(xiàn)了,每兩顆光子無論中間間隔多長時間發(fā)射,甚至把實驗裝置搬到另外的地點再發(fā)射,每一顆光子看似隨機落在對面的屏幕上,但是很多光子的累加效果,最終還是會形成干涉條文!
也就是說,光子在發(fā)射的一瞬間,已經(jīng)“知道”自己要穿過的是兩個窄縫而不是一個!
難道所有光子之間都有一種默契?不但在沒有發(fā)生前“知道”要遇到的是一個還是兩個“窄縫”,而且“知道”其它光子的路徑?然后互相形成干涉?
科學家不滿意這個解釋,又把光的波動學說搬了出來,因為我們知道,波在傳播的時候是可以同時通過兩個窄縫的,如下圖
如圖,然后在窄縫的另一側形成兩條波,互相干涉之后,波峰在對面的屏幕上產(chǎn)生亮度,波谷就暗了下來,這就是干涉條紋。
好吧,只要承認光是一種波,這個問題解釋起來就非常完美,令科學家很興奮,終于可以擺脫光子可以通靈的尷尬境地了。
但是好景不長,科學家陸續(xù)發(fā)現(xiàn),不但光子,電子也有這種特性,難道電子也是一種波?光子是沒有質量的,因此它能被看作是一種波也可以接受,但是電子可是有微弱質量的!這如何理解?
電子也就罷了,令人驚悚的事一件一件的出現(xiàn),中子甚至原子都產(chǎn)生了這種干涉現(xiàn)象,難道這些超大的、有絕對質量的粒子也是波?
這太不能令人信服了,因為構成我們世界的就是原子,是切切實實能被我們看到的具體存在,如果把它們說成是由看不見摸不著的波構成,誰能相信呢?又該如何理解呢?
因此科學家就設計了巧妙的實驗,想看看這些粒子通過窄縫的時候,到底會發(fā)生什么!
如圖,科學家在雙縫傍邊加上一個高速攝像機,想看看粒子是如何通過窄縫的,這一加不好!另一個量子幽靈又跳了出來:
實驗結果令科學家無法相信!因為只要科學家一打開攝像機,干涉就鬼魅一般的消失不見了!屏幕上出現(xiàn)了兩條光斑,完全沒有干涉痕跡;關閉攝像機之后,干涉條紋又會瞬間出現(xiàn)!也就是說,粒子無論如何不讓人類看到它是如何通過窄縫的。
這下又回到了起點!粒子是如何“得知”的科學家放了攝像機呢?難道不得不承認粒子是有意識的么?
那么既然原子、中子、微小到光子都有自己的意識,“意識”的真相是什么?科學家再次陷入“量子幽靈”制造的陷阱。
所有科學家都開始嘗試解讀這種現(xiàn)象,其中最著名的是玻爾的解釋,他認為粒子同時具有波和粒子的雙重屬性,而且我們在準確得知其中一種屬性的時候,另一種屬性就無法準確測得。
但是愛因斯坦不這么認為,他認為只要是存在的東西,必然有它們的實在屬性,不可能有無法確定的疊加狀態(tài)存在,也不可能有超定域的關系存在,如果無法解釋那就是還有隱變量還沒有被我們發(fā)現(xiàn),這個論斷就是那個大名鼎鼎的:“定域實在性”!
薛定諤甚至用半死不活貓來諷刺玻爾,這個半死不活貓的“思想實驗”流傳很廣,大家都聽說過:
大概意思就是,房間里有一只貓,還有一些可以衰變的放射物質,放射物質的衰變會引起毒氣瓶的泄露而殺死貓,但是我們又不知道放射物質什么時候會衰變,這就形成了一個未知的疊加態(tài),按照愛因斯坦的解釋,貓的狀態(tài)是肯定的,不管我們打不打開房間去看貓,它不是死的就是活的二者必有其一。但是根據(jù)量子力學的解釋,貓只有在打開盒子的一瞬間(人類的觀測)才決定了它的生死,也就是說,在沒有打開房間門之前,貓?zhí)幱谝环N半死不活的狀態(tài),這違反一般的常識和人類邏輯!,因此愛因斯坦和薛定諤當年用這個“思想實驗”來嘲諷量子力學。
“上帝不會擲骰子!”愛因斯坦這樣對玻爾說道,玻爾反擊:“親愛的愛因斯坦,請不要命令上帝做什么?!?/span>
這種爭論一直持續(xù)到愛因斯坦百年誕辰,在這次盛會上,約翰惠勒提出一個新的實驗設計:我們在粒子通過窄縫后,再放上觀測設備查看粒子曾經(jīng)通過了哪條縫,這樣就排除了人們觀測對粒子通過雙縫時的微弱影響!
如果愛因斯坦說得對,粒子既然已經(jīng)通過窄縫了,肯定就固定了一種狀態(tài),這時候測量不會影響結果,反之,如果它還是測不準的話,那就是玻爾說得對!
沒想到的是,這個實驗又放出來另一個新的量子幽靈!實驗結果發(fā)現(xiàn):粒子通過窄縫之后,無論你什么時間打開觀測設備,干涉就會瞬間消失,圖像變成兩條亮紋,當你關閉觀測設備的時候,干涉景象又會瞬間出現(xiàn)!
也就是說,我們“后來”的觀測動作,決定了“之前”的粒子通過窄縫的方式!我們現(xiàn)實世界的因果關系,都在這次試驗中坍塌了。
是的,任何事情只有發(fā)生后才會有它的結果,這是我們所有“思考”的邏輯基礎,也是我們引以為傲的“自由意識”存在的基石!
但是量子世界告訴我們,很可能我們看到的結果,決定了之前這件事的發(fā)生!
這下連邏輯都坍塌了!
我們真實存在的世界真的是我們看到的那樣么?當你看到月亮的時候,它是真切存在的,當你不看它的時候,它其實就是一個虛妄的概念或者一個“波函數(shù)”。
難道世界真的是因為我們的觀測才“成為”它現(xiàn)在的樣子,而不是真實存在之后任由我們隨便觀測都不會改變么?
難道我們睜開眼睛的時候,世界是一番美好的景象,但是只要我們把眼睛一閉上(包括五感),世界就變成了另外的模樣?
這甚至解釋了人類死亡后的世界:每個人死亡后,宇宙不是唯心主義描述的那樣跟隨著個體的死亡不存在了,自由意志也不是唯物主義描述的那樣瞬間消亡于現(xiàn)實宇宙之中了,而是宇宙和自由意志在人類死亡之后都同時變成了能互相疊加的“波函數(shù)”!
這個觀念太聳人聽聞了!
人類通過量子世界是如此真切的第一次觸摸到了死亡的真相,真的是令人脊背發(fā)涼,細思極恐!
自由意志是什么?是不是所謂的自由意志早就存在于宇宙之中了?自我是什么?是不是我們的一個錯覺?我們生活的世界的真相又是什么?是不是只是一個波函數(shù)?物理學直接變成了哲學了!
更極端的唯心主義推想就不再陳述了,免得有世界觀還沒形成的年輕人受到本文誤導。
每次科學翻過一座座大山以為來到了另一個科學的巔峰的時候,宗教就會笑瞇瞇的站在那里打招呼:“嗨,你好~等你很久了!”
最終科學還是要向宗教臣服么?要向迷信臣服么?要找出來一個能解釋萬物的神臣服么?
不!科學家們是不會接受這種結果的,很快,科學家就設計了新的實驗來驗證這一現(xiàn)象,但是結果不但沒有讓科學家走出困惑,反而又多放出來一個新的量子幽靈,下一篇咱們接著說!
在文章結尾,讀者看到這句話的時候,一定要放下對這些科學知識的敬畏,對自己的大腦要充滿信心,才能跟著東升一起,打破思想的桎梏和束縛,充分放飛自己無邊的想象力,在頭腦的天際中自由馳騁!最終,你一定會頓悟生命存在的真正意義!
但是前提是你要有堅定的科學信念,否則容易誤入歧途,下一篇文章就對剛才所有的困惑一一做出解答。
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