对量子力学的迷惘

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zaibaike
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  假设说相对论难以理解的话,量子力学对人类思维的挑战到达了一个史无前例的高度。我有时觉得相对论还次要用于阐明高速、大量量情状下的物理现象,而量子力学对微看物理现象的阐明,离一般日常生活更近些。好比:芯片手艺的不竭开展,已经使得芯片造造工艺从90nm减小到14nm。晶体管栅极的宽度已经很小了,假设陆续不竭减小,因为量子隧道效应,有可能招致漏电发作。想要理解为什么会发作漏电,那已经与量子力学有关了。而广义相对论利用的对象,往往是浩荡的星系或者是难以探知的黑洞,离我们人类的日常生活也太远远了。

  其实人们对量子力学的存眷还有一个重要原因。固然广义相对论推导出的黑洞、宇宙膨胀等也令人食惊,但不会摆荡人们对意识与物量关系的观点。而量子力学范畴的一些现象,让良多人公布,意识才是世界的根底,应该是意识决定物量,而不是相反。

  在那些人看来,单光子双缝干预尝试和薛定谔的猫的思惟尝试,有力的证明了意识才是决定世界面孔的力量。我会别离介绍下单光子双缝干预尝试和薛定谔的猫的思惟尝试,以及人们对尝试的解读。

  单光子双缝干预尝试是对典范的杨氏双缝干预尝试的改进。人们特意做了一种仪器,能够每次只发射一个光子。据说比来发射的墨子号卫星所停止的量子通信,也是操纵单光子特征停止的通信。一次只发射一个光子的仪器,已经不再是研究障碍。用单个光子停止双缝干预尝试后,发现固然单个光子打到投射面后,光子的散布是随机的,但是当尝试反复足够数量后,照旧在投射面能够看到干预条纹。对此现象,良多人阐明为单个光子同时通过了两个裂缝,本身与本身发作了干预。

  那个阐明有点让人猜疑,单个光子同时通过两个裂缝,即单个光子会同时呈现在空间的两个处所。觉得似乎有什么不合错误劲。我觉得更好的阐明是,单个光子只通过了一个裂缝,只不外与大量光子一路运动时能够看成波一样,时间上先后发射的单个光子,固然每个光子都是独立发射的,但在空间上照旧连结波的散布。也就是说,固然单个光子看不出颠簸性,但统一个光源发出的光子,不管是同时发射出来的,仍是在时间上前后发射出来的,光子群在空间上或者时间上总会连结波状散布。我小我觉得那个阐明更好,制止了单个光子同时在两个处所的思维猜疑。

  波粒二象性不单单应该从空间上理解,也应该从时间上来理解。微看世界里粒子的运动法例不单单是在空间上以波的形态散布,在时间上也称心以波的形态散布。

  我觉得假设单个光子不是从一个光源中发射出来的,即便通过了双缝也不克不及构成干预条纹。那个设法有待尝试证明。能够筹办两个光源,每个光源一次只发射一个光子。两个光源瓜代发作单个光子,或者根据必然比例瓜代发射,颠末双缝后,在投射面上应该不会构成干预条纹。

  别的一个办法是,加大发射单个光子之间的时间间隔。每隔一个小时发射一个光子,看看能否能构成干预条纹。

  单光子双缝干预尝试还有一个现象让人迷惘。就是当尝试人员在一个裂缝旁边放一个仪器看察单个光子到底是通过了哪个裂缝,会发现确实能丈量到单个光子通过了哪个裂缝,但投射面上也不再呈现干预条纹。对此良多人阐明为,人们筹算丈量的意识骚乱了光子的行为,由此推论出意识能够使得波函数塌陷,意识决定了物量等等。

  我觉得那种阐明不免难免跳跃太大了吧。我看到的文章里都没有提到,用来看察单个光子通过裂缝的仪器是以什么原理看察到光子的位置的,所以我也不大白为什么不再构成干预条纹。但是认为是因为参与尝试的人员的意识招致了光子不再构成干预条纹,仍是令人难懂的。我觉得更好的阐明是,阿谁用来丈量单个光子通过哪个裂缝的仪器骚乱了光子的行为,招致干预条纹不再呈现,与人的意识无关。

  量子力学里有个闻名的不确定原理。我小我的理解是,在微看范畴内,处于典范宏看大小的我们对微看范畴内所有粒子所做的所有丈量,都是对微看范畴内所有粒子的强烈骚乱。那个构想有可能能更好的阐明,为什么当在一个裂缝旁边放一个仪器筹算看察单个光子时,不再构成干预条纹。当然详细是什么回事,我是不清晰的。但觉得总比认定是人类的意识招致的不再构成干预条纹要好的多。

  薛定谔的猫的思惟尝试是另一个令人猜疑的标的目的。在那个思惟尝试中,微看不确定性与宏看物体的形态连系起来了。根据量子力学的阐明,在盒子未被翻开之前,猫的死活是不确定的,处于叠加形态。当盒子被翻开一霎时,因为人类的看察,招致叠加形态立即退化为确定形态。所以又是一个证明人类的意识能够决定物量形态或运动的实例。

  我小我觉得那个阐明也很牵强。出格是在盒子未被翻开之前,猫处于死和活的叠加形态,令人非常猜疑。从逻辑上讲,即便盒子没有翻开,猫也不会处于什么叠加形态,要么是死的,要么是活的。那里用波函数来定义猫的形态是不适宜的。原因是只要一个粒子是不克不及构成波的。只能大量粒子的运动才气构成波,无论是在空间挨次上,仍是时间挨次上。一个粒子的衰变,不克不及用波函数来描述,其衰变一定是确定的。如许猫也就不处于死和活的叠加形态。

  只要大量粒子的运动才气用波函数来描述,那种运动不单单是空间上的密集,也能够是时间上的密集。微看范畴内,波的形态不单单是空间上的,也是时间上的。在时间上先后呈现的粒子假设是来自统一个源,则也能够闪现波的形态。

  薛定谔的猫的思惟尝试中,假设存在有良多个期待衰变的粒子,则那些粒子的衰变在时间上应该称心波函数的法例,则能够确定在一段时间内能否有粒子衰变,从而能够确定猫能否灭亡了。所以不存在所谓翻开盒子看察的一霎时,由意识招致定猫的存亡的问题。

  我的观点是,那个思惟尝试中错误的认为单个粒子的衰变是不确定的,招致后续的一系列的错误推导。那个认为单个粒子的衰变是不确定的观点,与认为单个光子会同时通过两个狭缝是一样的,都是错误的把波函数利用到单个粒子或单个光子上。我前面已经讲了,单个光子只通过了一个狭缝,没有本身与本身干预,而是在时间上与后续的其他单个光子停止了干预,其后续粒子的时间范畴应该是与干预条纹的波长之间有相关性。同样单个粒子也不处于衰变和不衰变的混合形态,其一定处于一个形态。只要足够多的粒子的衰变才闪现波的形态,有波峰,衰变概率高的处所,波谷,衰变概率低的处所。而当有足够多的粒子同时存在时,在一段时间内的衰变情状应该也与粒子的波长相关。如许猫在一段时间内的存亡就是确定的了。单个粒子的衰变无法用波函数来揣测,所以也不存在猫的叠加形态。

  总之、微看范畴的现象与我们日常处于的宏看范畴的现象有很大区别。而量子力学能够切确的描述微看范畴的现象,也招致了良多猜疑。我小我不是学物理,只是从认知的高度,把量子力学看成是一种基于统计的理论,其对大量粒子运动的描述是准确的。但量子力学不克不及用于描述单个粒子的运动。特殊的,要重视的是,大量粒子不单单是必然空间范畴里同时存在的粒子,也能够是必然时间范畴里必然空间范畴先后呈现的粒子。仅仅从空间角度看到的单个粒子的奇异行为,从时间角度看察更多的粒子后,其应该是不奇异的,称心颠簸性的要求。

  我认为因为我们人类处于宏看那个级别,招致无法搞清晰微看范畴内单个粒子或光子的行为。波函数的素质是从统计学的角度了熟悉微看范畴的法例,其准确性不克不及用于描述单个粒子或光子运动。量子力学对微看粒子的描述,应该是契合空间维度中存在多粒子的情状、或者是时间维度中存在多粒子的情状。无论是空间维度或时间维度必然数量的粒子会闪现波形态的运动法例。而当必然数量的粒子的数量,增加到某个未知的阈值时,就不再闪现波形态的运动法例,而酿成了宏看粒子的运动法例(光子破例,光子没有量量,数量再多也不会按宏看粒子的法例来运动)。那个数量阈值四周,会有什么神异的发现,也许是将来物理学的一个研究标的目的。

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