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量子力學的驚人發現
量子力學的驚人發現
更新时间:2025-04-04 10:11:25

你聽說過“薛定谔的貓”嗎?這估計是物理界最詭異的實驗了。

将一隻貓放進一個封閉的空間裡,這個空間裡安裝着一個原子核和一個毒氣設施。

原子核有50%的概率發生衰變,一旦發生衰變,就會發射出一個粒子,這個粒子就會觸發毒氣設施。

毒氣一觸發,貓就被毒死了。

可是,若原子核沒有發生衰變,沒有觸發毒氣,貓就不會被殺死。

那麼,在意識裡,這兩種狀态是疊加在一起的,隻要你沒有打開這個空間去察看,貓就生存在我們的意識裡,它的狀态是既活着又死了的疊加狀态。

量子力學的驚人發現(當量子力學與)1

你能想象一隻既死又活的貓是一種什麼樣的狀态嗎?這是微觀世界裡一種常見的現象,物質既可以是A狀态,同時也可以是B狀态。

可是,在現實生活中,這種現象讓人完全無法理解。不僅我們聽後一臉懵,就連科學家們最初了解到這一現象時,也驚掉了下巴。

1900年,科學家們第一次提出了原子的組成和構造,當時,他們想當然地用牛頓經典力學理論和電磁理論對原子的結構進行推算時,得出結果竟然和預測的結果完全不一緻。

科學家們對此各執一詞,争論不休。

1927年,在第5屆索爾維會議上,相對論創始人愛因斯坦和量子力學哥本哈根學派創始人波爾進行了“華山論劍”。

當時世界上最偉大的科學家,幾乎都參加了這次會議,大家參與其中各抒己見。這種學術上的激烈争論,反而推動了量子力學的發展。

量子力學的驚人發現(當量子力學與)2

如今,物理學分為了“經典物理學”和“量子物理學”,“經典物理學”用來解釋宏觀世界,而“量子物理學”用來解釋微觀世界。

這本由美國物理學教授邁克爾·G.雷默撰寫的《量子物理學》對于非專業人士來說真是福音,我們普通人終于有機會了解一下這個高深莫測的概念了。

量子力學的驚人發現(當量子力學與)3

别被這專業的名頭唬住了,這是牛津科普系列叢書,既有專業術語,也有通俗的講解,用生動有趣的問答形式,一點一點地将“量子物理學”的神秘面紗揭開。

更有意思的是,你會發現,它的理論與“玄學”中的許多概念竟然不謀而合,這可真不知是巧合還是必然?

01 詭異的“量子疊加态”

“薛定谔的貓”這個實驗所要表達的,就是微觀世界裡的“量子疊加态”。

在物理的微觀世界裡,電子是物質的組成部分,它在進動時,并不會遵循我們傳統認知當中的牛頓運動定律——如天體一般按照既定的軌道運行。

在實驗中我們可以看到,電子運行的路徑有可能是A,也有可能是B。

如果有探測器存在,那麼,它的路徑隻會是A或B。

但是,若探測器并不存在,那麼這兩條路徑就會相互幹擾,它們表示的是一個共轭過程(沒有留下痕迹),我們就不可能認為電子是通過了其中一條路徑,也不能認為電子同時通過了兩條路徑。

此時,物理學家們便把它叫作“量子疊加态”。

量子力學的驚人發現(當量子力學與)4

它的含義是A可能性和B可能性以量子方式互相疊加在了一起。

此時,我們再來理解一下“薛定谔的貓”,竟然感覺到有些似曾相識。

這種既生又死的狀态,不就是我們常常探讨的哲學問題“我思故我在”嗎?

哲學家們認為:人至少是由兩部分組成,一部分是肉體,一部分是意識。

而“意識”才是真正的“我”,這個“我”應該有理想,有追求,有獨立的思想,若一個人失去了“意識”,整天渾渾噩噩的,那就變成了一個活着的“死人”。

量子力學的驚人發現(當量子力學與)5

量子物理學認為,所有的東西,包括組成人的原子和把人黏合在一起的力,就是一個互相作用的量子場。

所以,這個既生又死的狀态也就不奇怪了。

到底是讓自己“生龍活虎”地活着,還是“行屍走肉”般地活着,那就取決于自己了。

02 神奇的“量子糾纏”

比“量子疊加态”更神奇的是“量子糾纏”。

什麼是“量子糾纏”呢?

量子糾纏指的是在由兩個或兩個以上粒子組成系統中,粒子之間具有相互影響的現象。

量子力學的驚人發現(當量子力學與)6

量子糾纏是一種超出想像的現象,在微觀的世界裡,同一量子系統下,兩個粒子無論相隔多遠,都能感應到彼此。

即便一個粒子在地球上,而另一個遠在銀河系之外,它們都可以同時感應到彼此的存在。

你相信人與人之間存在“心電感應”嗎?

既然人類是一種量子場的存在,在這茫茫人海中,若遇到了同頻之人,便一定能夠産生共振,形成默契,一個“眼波流轉”,便能“心知肚明”。

量子力學的驚人發現(當量子力學與)7

看來,這“靈魂伴侶”還真的存在。

隻是,如同實驗中的光子必須一起進入到相同的光學器件中才能發生作用一樣,我們要想找到“心有靈犀”的另一半,也得先确認過眼神,才能讓彼此敞開心扉,接納對方。

利用能夠相互影響的量子形成糾纏,就能夠實現量子态從一個地點隐性傳送到另一個地點,這個特點如果應用于信息傳輸的領域,将推動科技往前邁進一大步。

從這個意義上來說,量子糾纏被科學家們認為是一種和能量一樣有用的資源。

既然所有物體都遵從量子物理學定律,并且,在原則上都是可以被隐形傳送的,那麼問題來了,可不可以把一個人的量子态從一個地方隐形傳送到另一個地方呢?

目前,科學家認為是不可能辦到的,因為量子态從A點到B點移動的過程中會被打散,到達目的地之後又會重新組裝,與原狀态必須一模一樣。

量子力學的驚人發現(當量子力學與)8

這個處理過程對于微觀世界裡的粒子來說比較簡單,對于人類這種複雜的量子場來說,就是一個無法想象的工作。

不過我相信,隻要理論上可行,就一定可以實現,隻是,目前的科學技術還暫時達不到而已。

若真有那一天,無論去到任何地方,都将是瞬間即達,想想都刺激。

03 強大的“量子場”

小到微觀世界,大到整個宇宙,都是“量子場”。

事實上,宇宙裡沒有一個角落是完全沒有物質和能量的,甚至包括我們常常說的“真空”。

什麼是“真空”呢?量子場論說,所有的空間都充滿了量子場——電子場、質子場、電磁場,以及其他與每種基本粒子相對應的場。

在我國的傳統文化中,也存在着“場”的概念,如:氣場。

自然界的能量物質相生相克之後形成的“氣場”,我們稱之為“風水”。

量子力學的驚人發現(當量子力學與)9

“風水”曾被批駁為“迷信”,而近幾年,也被證實是自然界真實存在的一種力量。因對這種力量知之甚少,所以将它稱為“玄學”。

你看不見的,不代表不存在,那也是一個神奇的世界。

如今,量子物理學已經證明了“場”的存在,卻依然沒辦法完全去诠釋和理解它。為什麼這麼說呢?

大家都普遍接受一個觀點:科學是需要用實驗或是用探測的數據來證明其結果的确定性。

可是,量子場卻無法被探測。

因為光子分布在很廣的區域中,甚至,它根本不是一個物體。

既然光子無法分割,用物理學家阿特·霍布森的話來說就是:“你不可能擁有一個量子的一部分。”

粒子和光子都不會乖乖呆在那裡讓你測量它們,它不僅自己在不斷地運動着,且與其他的量子形成糾纏,這就是量子的“相幹性”,它們永遠都在相互影響着。

量子力學的驚人發現(當量子力學與)10

你會發現,每次測量的結果竟然完全不一樣,這就很讓人崩潰了。

諾貝爾物理學獎獲得者默裡·蓋爾曼說:“量子力學的發現是人類最重大的成就,它也是人類智慧最能掌握的知識之一……它違反了我們的常識——或者,更确切地說,我們忽略了量子現象。”

量子物理學證明了,我們生活在一個“不确定”的世界裡,萬事萬物都處于“變化”之中。

這一點,恰恰與《易經》的哲學思想一緻呢:變,才是唯一的不變。

04 寫在最後

盡管科學家還不能完全掌握量子物理學背後的真相,但這并不影響他們利用量子物理學的現象來改變世界。

如今,我們用到的電腦、手機,依賴的是電子的量子效應;而廣泛應用于消費品中的激光技術,利用的是光子的量子效應。

量子力學的驚人發現(當量子力學與)11

正是因為量子物理學的出現,才使得我們跨越了空間,實現了信息的瞬間互換交流,縮短了人與人之間的距離,提高了我們的工作效率。

未來,量子物理學還将被運用到方方面面,讓我們享受到更便捷更美好的生活。

想要深入了解這門神奇的學科,就和我一起打開這本《量子物理學》吧!#科學#

燕曉:自由撰稿人

這是與您共讀的第74本書。歡迎關注燕曉,一年完成52 本經典好書的閱讀。

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