量子力學(xué)中的一些特殊現(xiàn)象:
在進(jìn)行光子雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中,光子通過雙縫時(shí),光子發(fā)生了干涉現(xiàn)象。但奇怪的是當(dāng)一次只發(fā)射一個(gè)粒子,結(jié)果依然如此,這種情況讓人十分費(fèi)解,仿佛一個(gè)粒子被一分為二,是自己發(fā)生了干涉嗎?這個(gè)現(xiàn)象后來被認(rèn)為是量子力學(xué)中的疊加太原理。
這是傳統(tǒng)物理學(xué)中,對(duì)光子光子雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中的這種特殊現(xiàn)象的描述。在這個(gè)描述中有一句極為關(guān)鍵的話,就是“一次只發(fā)射一個(gè)粒子”。我想說的是怎樣才能做到“一次只發(fā)射一個(gè)粒子”?以現(xiàn)在的科技能力到底能否真正做到“一次只發(fā)射一個(gè)粒子”?如果不能做到,就說明發(fā)射的本來就是多個(gè)粒子,當(dāng)然也有可能是疊加在一定空間范圍內(nèi)多個(gè)粒子,因?yàn)榀B加的原因使得看起來很像一個(gè)粒子。
如果是多個(gè)粒子聚集在一定的空間范圍內(nèi),被當(dāng)成一個(gè)粒子被發(fā)射了出去。那么根據(jù)電磁波中磁場(chǎng)力相互作用的原理,電磁波在傳播的過程中,在磁場(chǎng)力的作用下,傳播方向就會(huì)發(fā)生微小的改變,這種傳播方向的微小改變,就會(huì)導(dǎo)致干涉條紋的出現(xiàn)。
圖2-15,“一個(gè)粒子”通過雙縫之后,同樣出現(xiàn)了干涉條紋。
為了觀察粒子行進(jìn)的軌跡,于是產(chǎn)生了經(jīng)典的量子檫除實(shí)驗(yàn),通過精密設(shè)備獲取粒子路徑信息。但在觀測(cè)的過程中,干涉條紋圖樣就會(huì)消失,只留下明顯的兩道杠。在這個(gè)試驗(yàn)中,用粒子手段去探測(cè)光子,它就會(huì)表現(xiàn)出粒子性,不去探測(cè),它就會(huì)表現(xiàn)出波動(dòng)性。世界是客觀存在的,不應(yīng)該因?yàn)槌霈F(xiàn)觀察者而出現(xiàn)不同的結(jié)果,但在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中因?yàn)槌霈F(xiàn)觀察者,而影響到物理世界。
本章通過三元平衡理論,對(duì)光子(電磁波)做了大量的解釋,知道光子(電磁波)其實(shí)就是一種基礎(chǔ)的三元平衡系統(tǒng)。但在這個(gè)量子檫除實(shí)驗(yàn)中,需要對(duì)光子進(jìn)行觀測(cè),但什么是觀測(cè)?觀察對(duì)光子來說又意味著什么?
我們知道在宏觀的世界中,一個(gè)人對(duì)另一個(gè)人進(jìn)行觀察(觀測(cè)包含測(cè)量和觀察)時(shí),是用眼睛去觀察對(duì)方的,眼睛通過接收被觀察者反射的可見光來觀察對(duì)方的體貌、行為等等。
對(duì)光子的觀測(cè),就說明一定會(huì)利用類似方法進(jìn)行觀測(cè)。在三元平衡狀態(tài)中,有一種普遍存在于每一個(gè)三元平衡系統(tǒng)中的效應(yīng),叫“三元平衡的能量溢出效應(yīng)”。
“三元平衡的能量溢出效應(yīng)”是說,每一個(gè)三元平衡系統(tǒng)都是一個(gè)動(dòng)態(tài)的平衡系統(tǒng)(永動(dòng))。當(dāng)有其他能量加入到到這個(gè)三元平衡系統(tǒng)中之后,原本的穩(wěn)定狀態(tài)會(huì)發(fā)生一定的改變,要回到原來的穩(wěn)定狀態(tài),就一定會(huì)有相應(yīng)的能量溢出。這種“三元平衡的能量溢出效應(yīng)”在越復(fù)雜的三元平衡系統(tǒng)表現(xiàn)的越明顯。
例如,陽光照射有色物體(三元平衡系統(tǒng))時(shí),部分光被物體吸收,只有少部分被反射了出去,被吸收的部分進(jìn)入三元平衡系統(tǒng)(物體)中,然后三元平衡系統(tǒng)(物體)通過釋放部分熱能溢出相應(yīng)的能量。
“三元平衡的能量溢出效應(yīng)”在電磁波這種最基本的三元平衡系統(tǒng)中的表現(xiàn),則主要是通過電磁波的干涉現(xiàn)象表現(xiàn)出來。
電磁波在和其它電磁波相互間磁場(chǎng)力的作用下,可以看成是一種外部能量的加入,電磁波的傳播方向隨即發(fā)生改變,則可以看成是能量的溢出效果。就好比在宇宙中兩個(gè)通過慣性運(yùn)動(dòng)的天體,在運(yùn)動(dòng)的過程中發(fā)生了輕微的刮碰,因?yàn)檩p微的刮碰而發(fā)生了運(yùn)行軌跡的改變。
因?yàn)樵趯?duì)光子的觀測(cè)中,就必然會(huì)有其它電磁波(所有能想到的觀測(cè)方式,大概都不可能逃開電場(chǎng)和磁場(chǎng))加入到對(duì)光子行進(jìn)路徑的觀測(cè),而這種加入進(jìn)來的電磁波則遍布于實(shí)驗(yàn)的整個(gè)過程的每一個(gè)空間內(nèi)。而光子本身就是一種電磁波,當(dāng)光子穿過密布電磁波的空間時(shí),我們想想會(huì)發(fā)生什么呢?
應(yīng)該會(huì)發(fā)生光子和其它用于觀測(cè)光子電磁波的干擾現(xiàn)象。因?yàn)橛糜谟^測(cè)光子的電磁波并不是有規(guī)律的,所以這種光子和電磁波的相互干擾也是隨機(jī)而頻繁的,最后連雙縫干涉中光子間的干涉也會(huì)變成混亂無序的干涉狀態(tài)。
隨機(jī)又頻繁的干擾,就如同“熵”一般,形成一種貌似無干擾的混亂無序的干擾狀態(tài)。所以干涉條紋消失,這就是當(dāng)出現(xiàn)觀察者出現(xiàn)時(shí),而出現(xiàn)不同的結(jié)果的原因。
另一種現(xiàn)象就是量子糾纏現(xiàn)象,糾纏其實(shí)就是一種三元平衡狀,是兩個(gè)三元平衡系統(tǒng)(量子)在一起形成的一個(gè)新的三元平衡系統(tǒng)。只不過新形成的這個(gè)系統(tǒng),可能并不是一個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài),最后在某種情況下重新變成兩個(gè)獨(dú)立的三元平衡系統(tǒng)(量子)。
兩個(gè)量子因?yàn)樵诩m纏(三元平衡狀態(tài))的過程中就是三元平衡狀態(tài),所以兩個(gè)量子(三元平衡系統(tǒng))會(huì)表現(xiàn)出某些關(guān)聯(lián)性。因此當(dāng)分開的兩個(gè)量子相隔萬里之外,只要知道其中一個(gè)量子的狀態(tài),就可以知道另一個(gè)量子的狀態(tài)。
其實(shí)這個(gè)量子糾纏的信息傳遞,并非是瞬間傳遞的。而是依靠量子的運(yùn)動(dòng)傳遞,只不過通過關(guān)聯(lián)量子知道萬里之外的量子的狀態(tài),這其實(shí)只是一種意識(shí)活動(dòng),而并非是信息傳遞。
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