量子力学中十分深奥的叠加态:如果你不看月亮,那么月亮就不存在

量子探索

发布时间:19-01-0810:39

量子讲堂第三期,今天和大家聊一聊量子力学中十分深奥的叠加态,如果你不抬头看月亮,那么月亮就等于不存在,这个结论是不是让人感觉很荒唐呢?

让我们来想象这样一个场景:刚刚走出家门的你突然怀疑自己好像忘记了带钥匙,于是你需要翻一翻自己衣服的兜来确定自己到底带没带钥匙,那么此时就出现了两种可能性,第一种是你带钥匙了,第二种则是你没有带钥匙,不会存在第三种可能性,所以你需要翻一下衣服的兜来确定两种可能性是哪个是正确,但你没有想过这样一个问题:会不会你出门的时候既带了钥匙,又没带钥匙呢?

讲到这里,可能大家会觉得这个假设十分的荒诞,怎么可能会存在既带了钥匙,又没带钥匙这种可能性呢?是的,生存在宏观世界的我们一定会觉得这个假设十分的荒唐,但如果在微观量子世界,这既带了钥匙,又没带钥匙的两张状态是可以同时存在的,量子力学称其为:叠加态。

物理学家曾经做过一个名为双缝干涉的物理实验,简单来说就是将一个电子向两个狭小的缝隙发射,结果这个电子在通过两个缝隙后产生了干涉的图案,这意味着电子具有波动性,处于波动态的电子没有固定的位置,所以电子在通过双缝后自己干涉了自己,然后产生了干涉图案,但是当物理学家利用特殊仪器进行观察的时候,由于观察需要借助光,那么在进行观察的时候就会有光子与电子相撞,电子就有了确定的位置,变成了粒子态,以直线运动的通过了两条缝隙,那么问题来了,究竟是什么因素使没有固定位置的波动态电子,变成了有固定位置的粒子态电子呢?答案就是:观测。

通过这个实验可以说明:微观粒子在没有被观测之前,它就没有确定的状态,从理论上来说它拥有无数种可能性,它可能处于任何一种状态,处于任何一个位置,或者说它的存在没有任何现实意义,所以一个电子才能匪夷所思的做出自己干涉自己的行为,只有当微观粒子被人观测后,微观粒子的多种状态才会消失,它的叠加态会立即崩塌,变成可以确定位置的本征态。所以在量子力学有这样一句话:只有被观测过的物理量才具有现实意义,这就好比说:如果我们不抬头看月亮,那么月亮就可能处于任何一个位置,可能月亮会出现在火星上,或者说没有被观测的月亮根本不存在!

是的,相信您读到这里一定会感觉这个量子力学的叠加态十分的荒诞,要知道物质是不以人的意识为转移的,难道天上的月亮真的会因为我们不观测它而消失吗?难道这个世界的本质是随机的吗?

您的质疑一点也不奇怪,因为这个量子力学中提到的叠加态的确很难理解,甚至违背了正常的逻辑思维,就连著名的物理学家、相对论的创建者爱因斯坦对于这种说法也不相信,爱因斯坦曾经讥讽道:世界并不是随机的,因为上帝不会掷筛子,但是爱因斯坦的老朋友、也是他的老对头玻尔却这样反击:爱因斯坦,别去指挥上帝该怎么做!

对于微观粒子这种神秘的叠加态,物理学界一直争论不休,很多物理学都不愿意相信这个世界竟然是被一种随机的概率所统治,但一次又一次的实验却证实了微观粒子这种叠加态是正确的,是可以解释微观量子效应的,最典型的就是上文中我们提到的电子双缝干涉实验,关于电子双缝干涉实验究竟是怎么回事?

请关注我,我们在下一期接着聊一聊微观粒子的叠加态。

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