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文科生也能理解量子理论:但是细思极恐(二)

东升时评2018-06-12 14:44:41

量子的概念是不可再分的微小粒子,但是我们在做物理研究的时候,通常把被研究的粒子作为一个整体来看待,称其为量子。

比如我们在研究电子的时候,说电子是量子,在研究原子的时候,原子也是量子,但实际上一个原子除了原子核,还包含了很多个电子。根据研究对象的不同它们都可以被称作量子,这并不矛盾。

 

上一篇文章说道:粒子在微观世界里表现出来的物理特性,实在是让我们无法理解,比如科学家发现人的行为对粒子有不同的影响,进行观察的时候它是一种状态,人不观察的时候它又是另一种状态。

这就像一个盒子里的猫,它到底是死的还是活的?按照常理,我们不打开盒子也应该能判定两种状态必有其一:不是死的就是活的。

但是量子世界的理论告诉我们不是这样,在我们看到猫的一瞬间才决定了猫的生死,之前猫是半死不活的!猫的生死掌握在观测者手里!

注意:很多朋友对这个概念的理解有偏差,这个偏差对能否准确理解量子理论非常关键,因此必须讲清。

猫在没打开盒子之前是半死不活的,但“半死不活”这个词并不严谨,准确点说应该是又死又活的!也就是说,死亡状态和存活状态这两个互相矛盾和排斥的状态,在人类没有观察猫之前能在一只猫上同时存在,而不是通常我们理解的半死不活状态。

这个概念非常不符合现实逻辑,所以想象起来还是有点难度的,我们可以理解一只猫快死了、半死不活快没气了,但现实中一只猫同时是死的又同时是活蹦乱跳的状态确实无法想像!但是要想理解量子力学,必须接受这个现实,必须接受这个逻辑,因为在量子世界所有量子都是这种互相矛盾的形态同时存在的叠加态:你不观察它的时候,量子都是波粒二象性的,当你观察它的时候,量子才会坍塌从而明确下来其中一种物理特性。

 

最后科学家的实验甚至发现,即便量子已经确定自己的形态了,但是这时候你再去观察它,它都能改变原来的决定,让你看到不同的形态。

时空的因果规律都在量子世界坍塌了!

难道我们的意识能影响粒子?还是粒子有意识故意隐藏自己?是我们的意志能改变过去?还是粒子能预测未来?

这个疑问曾经在物理学界和哲学界都引起过激烈的争论,上文也都一一做了陈述,差点颠覆了人类固有的世界观。

 

这种违背逻辑的结果,科学家们当然不会相信,他们认为一定是我们的测量,或者实验的瑕疵,再或者人为的干扰从而影响到了粒子的状态,最终导致了粒子这种不按常理的出牌,科学家为了解释这种不合常理的现象,又设计了新的实验!

 

这个实验就是,科学家把窄缝变成了两个黑箱,黑箱的作用是对粒子具有促使其衰减的功能,用开关人为控制黑箱,当打开开关的时候,粒子在黑箱里就可以衰减出一个光子,当关闭开关的时候,粒子不会有变化,这样我们在粒子通过黑箱的时候,根据哪个黑箱接收到了光子,就能判断粒子的真实路径。避免人直接去观测粒子的行为,这就排除了上文中“自主意识”对微观世界的影响。

根据坦白从宽的政策,让粒子自己“说话”,从实交代自己在波的形态下是如何同时通过两个黑箱的,相信这样我们能得到最正确的答案。 

黑箱实验示意图


结果依然是令人沮丧,无论你什么时候、如何延迟的打开黑箱开关,只要你黑箱具有衰减效果,干涉就瞬间消失了,反之,即便是只有一个粒子射过来,无从知晓它如何通过黑箱的时候,它都会跟自己产生干涉最终神秘的跟其它粒子在屏幕上形成条纹,仿佛一个粒子同时通过了两个黑箱,而且知道剩下的粒子会如何通过黑箱!

甚至即便你保存结果十年之后再去打开看,粒子也会预测未来觉察到你的目的,只要粒子“知道”你早晚会知道结果,它就会“隐藏”自己的真实形态!

 

这个实验结果虽然还是令人惊悚的,但是给思维异于常人的科学家们带来了一线希望,科学家们开始尝试从另外的角度解释粒子的这种“行为”。

那就是:并不是我们观测了粒子的“个人信息”才导致粒子的行为改变,而是“只要有个人信息泄露的可能”,就会导致粒子的行为改变,这就挽救了科学再次陷入通灵的尴尬境地!


这个也不是很容易理解,简单点说就是:量子世界里,量子只要有被准确测定的可能性出现,它就瞬间抛弃了叠加态!变成实在状态,反之,没人管它的时候它就是两态叠加的!

其实所有粒子都是以这种状态存在的,就像篇首那个又死又活猫,波和粒两种对立的形态能同时存在于同一个粒子,只有你明确测量其中一种形态的时候,另一种形态才会瞬间消失。

这就像王阳明说的:“你未看此花时,此花与汝心同归于寂。你来看此花时,则此花颜色一时明白起来,便知此花不在你的心外。

我滴个神儿啊,王阳明的宇宙观如此暗合量子理论,不得不服!中国先哲总是能比科学家们领先一步领悟到宇宙真谛。 


最后我们得到一个并不是很完美的解读:所有粒子都是波粒二象性的,只不过有的粒子波形态大粒子形态小,有的粒子波形态小粒子形态大,而当你测量它们的时候,它们才会显示出其中一种形态给你看,永远不会让你看到两种形态的叠加!

(注:中国科学家的最新研究成果是,通过非EPR手段能观察到波粒二象同时存在于一个粒子,它的双缝实验结果不是两道光斑,也不是干涉条纹,而是一种锯齿状的图案,但是这个网上找不到图片,应该还属于国家机密。)


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甚至地球这样的天体都可以理解成是波粒二象性的,只是它的粒子性远远大于波动性而已!如果加上相对论的理论一起考量,我们最终可以得到一个对宇宙的完美结论:

如果说我们的经典世界是宏观世界在低速下的近似值,那么我们的经典世界同时也是微观世界在观测上的一种极限值!------此结论可以摘入《东升时评经典语录》,放心,百度不到,没人说过。

 

通过这些描述,同学们是不是觉得粒子很像一个太极图?波粒二象性其实就是阴阳两鱼?互相矛盾、互相对立却又同时存在于一个整体内!这其实就是宇宙基本粒子的真相啊!中国先哲早就告诉我们了,只不过我们没有理解而已!


小到一颗粒子,大到银河系,外形都跟太极图非常类似,如此完美的形象,难怪被玻尔用来作为家族族徽,不得不再次拜倒在中国先哲的脚下! 


PS:还有人自歧视或者看不起自己的文化么?我们只是近代才开始落后,而如何赶超?别看别人,对!就是你!还能有谁?少年强则国强,少年如猛虎则国如猛虎!中华民族复兴的重任正在我们年轻人身上啊!

 

好吧,科学终于从“宗教”的手中又一次逃了出来,宏观世界并不是上一篇文章里描述的“波函数”,因为宏观世界的信息肯定是可以被“获悉”的,所以宏观世界的“波形态”早就坍塌掉了,我们现实世界的“粒子形态”不会再坍塌了!

可以放心的去睡了,月亮就是月亮,无论我们是否看到它,它也会实实在在的挂在天上!

 

但是这时候,一个新的问题又出现了,就是第一篇文章《量子通讯是个什么鬼?能用来打仗吗?》里面提到的“量子纠缠”现象。

我们从那篇文章里已经获得这个知识了:一个粒子如果分裂成两个,那么这两个粒子就有可能会形成纠缠,把这两个纠缠态粒子分开无论多远,它们都会有“超距作用”。

爱因斯坦一直不承认有这种作用,它的观点是:纠缠态量子在分开的一瞬间,就决定了它的所有物理性质,比如说,一个如果是左旋,根据角动量守恒那么另外一个肯定是右旋,而且,在分开的时刻就已经决定了哪个是左旋哪个是右旋!你测得其中一个是左旋的时候,当然可以判断另一个是右旋的,这并不是超光速的“鬼魅作用”!

但是玻尔不这么认为,它认为这两个纠缠态粒子在分开之后,观测其中一个粒子的状态,会导致一个粒子波函数也会瞬间坍塌,也就是说通过观测一个粒子就能瞬间改变另一个粒子的物理性质,如此不和逻辑的论断就会推导出一种“超光速的鬼魅作用”,这种非定域的逻辑关系,是理性的科学界所不能容忍的,因此被一些反对学者说成是“科学中的巫术”。


那么两位科学巨人新的争端又起,到底谁是正确的呢?科学家又做了何种实验去验证?又得到了何种结果?我们下一篇接着说。

 

跟以往一样,东升每篇科普文章除了讲述之外,还会做一些自己的思考,剩下的文字可以不用看、不用信、也不用全都理解作者在说什么,因为作者也不理解自己在说什么:

我们刚才讲到,宏观世界之所以没有量子化,没有被波函数统治,是因为“信息”时刻会暴露在大庭广众之下,因此波函数早就坍塌掉了,波动性消失、粒子性得以保留,我们能感知的现实世界才能真实的呈现在我们面前。

但是,这里必须有个但是,现实中如果那些信息无法泄露、或者说不满足波函数坍塌的事件,会是什么情况呢?

 

让我们从头分析:

按照经典物理学,如果宇宙能被我们精确掌握,如果每一时刻每个粒子的动量和位置都能精确测量,那么下一时刻的宇宙状态就完全取决于上一时刻的宇宙,能被上一时刻的宇宙计算所得,累加起来就推导出:宇宙大爆炸那一刻,已经“注定”了现在所有粒子的状态和位置!

理论上我们能精准预测所有未来!虽然事实上我们做不到,但是理论是可行的,这个“注定论”完全符合理论物理的逻辑,也符合爱因斯坦“定域实在性”的观点。

假设我们能对地球大气中“所有粒子”的大数据进行一一分析的话,就能精确预测出“天气预报”,甚至只要能做到监测一个空气中的粒子,如果发现它今天在夏威夷,明天就到了芝加哥,那么其原因很可能是因为新的风暴已经快要形成!虽然说这很困难甚至根本做不到,但是在经典物理学的理论框架内是说得通的。

 

量子理论出现之后,彻底把经典物理学从根基推翻,我们重新认识了宇宙、重新认识了世界。根据量子理论的测不准原理,粒子都处于概率波状态,刚才那个“注定论”在理论上就被推翻了,从理论上就变得不可行了,因为我们无法同时准确测量任何粒子的位置和动量,所以反映到宏观世界就产生了各种随机事件,这就是上帝掷骰子的真相,我们永远不可能预知明天将会发生什么!

这最终导致的是,在宏观宇宙层面各种可能性事件的发生,所有事件都按照概率论的约束运行着。

这也导致了平行宇宙的诞生,在第五维可以断定必然有平行存在的N个大宇宙囊括了所有随机事件!甚至每个粒子波函数的坍塌都能分裂出一个平行宇宙诞生,而所有平行宇宙又都交织在一起,纠缠在一起。


理论的讲述很难理解,我们映照到现实来体验一下这个理论的奇怪之处:比如今天是周末你要出去玩,发生什么事任何人是无法预测的,这个判断如果你不迷信一定能认可吧?

既然是无法预测,根据刚才的量子理论,信息不可外露就会产生了一个新的“量子叠加态”,这个描述不好理解,简单点说就是:一早出门的你,今天发生的任何事件,未来的每个时刻的你在时间轴上都是叠加态,是的,如果把你当作粒子来研究,你今天的活动就形成了一个波函数。

那么,你的未来能不能算作是量子化的形态?是不是也具有波动性和粒子性两种性质?只有在你观察环境,反馈环境,现实环境才会同样感知到你?或者你感知到现实环境存在的时候,你才会显示出真正的你?

这是不是就是我们“自主意识”的起源?这是不是我们“自我存在感”的真相?是不是就是萨特“存在主义”的物理学解释?

甚至开拓思想延伸思考下去,这个起源能不能用在人工智能,激发出人工智能诞生“自我”?


这还不算最惊悚的延伸思考,新的问题随时可以出现在你的大脑:你的未来如果能写成一个波函数方程,是不是它也遵守量子世界的规律?是不是在相对宏观的状态下,太阳系也是量子化的?

很有可能是一个更令人惊悚的答案:是的,你今天发生的所有事,在量子世界已经是“注定的”了!

 

有人看到肯定要跳起来:“简直是胡扯!扯了半天还是打着科学的旗号在宣传迷信!我今天出门不管发生什么事,都是我的“自由意志”决定的,都是我自己能控制的,怎么能说是注定的?难道我突然想不出门了,也是注定的?这明显不合逻辑!不符合唯物主义世界观!”

 

但是答案往往并不能按照字面上的意思来理解,其实过分强调“自由意志”的作用,而忽略了“自由意志”也是自然的一部分、它也会遵守自然的所有法则,这种极端一样是唯心主义的歧途。

比如我们假设,你出门就会遇到两个电梯,难道你进其中一个电梯跟另一个电梯会有什么不同么?最终不都来到了大街上?这难道不是一个“注定”?


因此,刚才那句话里面的“注定”是讲:“随机事件也有它的概率分布,就跟双缝干涉出来的条纹一样,有的事件发生的可能性大,有的可能性小,有的事件绝对不会发生。”你今天遇到的所有事件,很可能会因为“你进了哪个电梯来到大街上”而有微小改变!但是,大概率事件不会受此影响!

我们再回来看“双缝干涉实验”的结果,如图所示: 

最亮处,是我们今天出门很可能发生的大概率事件,次亮出是小概率事件,不亮的地方是不会发生的事件。

 

因此来说,我们的未来,虽然不可能按照经典物理的理论精确预测,却可以按照量子力学的理论模糊预测,这才是真正的科学结论!

这个结论虽然看上去没什么大不了,也无法用来预测双色球结果让我们一下发财,但是下面一段话,肯定会让你寒毛直竖!

我们的寿命,是不是我们自己“人生的波函数”的“最大概率事件”?如果是,那么可能在我们必须死那天,是无论如何躲不过的!

是不是很惊悚?

原因很简单,在你死后的大宇宙,根本没有你的存在,这个“果”在量子世界是可以决定所有你人生经历的“因”的,因此在之前你无论如何的躲避,都避免不了最终那条最亮的“光斑”的发生:死亡!。 


我们生命里的每一个选择,比如甲选择去少林寺学武还是出国留学,比如乙选择去北京某电视台做节目,还是选择去马桶台做真人秀,看似可能是选择了不同的未来、会发生不同的人生经历,但是如果人生可以写成波函数,那么很可能甲、乙的每一个抉择,最终他们一生要经历的“大事件”,都可能是注定好的!

比如甲放弃了出国留学选择了去少林寺学武,很可能他不是这块料被释永信扫地出门只好还回去考大学,最后考上了北大结果他一生取得的学术成就跟当年选择出国留学是一样的。

再比如乙某个时间段选择去北京做节目,他所在的大宇宙刚巧让他遇到了在北京实习的马蓉,最后马蓉成为了他的妻子,但是如果乙当时选择了去马桶台做真人秀,很可能在某次聚会上一样会遇到马蓉,最终还是马蓉成为了乙的妻子!

这些人生中的“大概率事件”即使当时没有发生,也会以另外一个形式在另外的时间发生。

 

唉,没办法,这样推导下去又暗合了中国人的一句老话:命里有时终须有;命里无时莫强求。古人诚不欺我啊,人一生所有果报和缘起缘灭,其实都是注定的!

这只是尝试用量子力学解释佛教中的“缘起论”,对这方面有兴趣的可以继续思考。(但是前提是思考者一定要有科学的世界观作为前提和指导,否则必将堕入魔道迷失自我,切记切记!


所有这些理论最终都被我用在我的小说里了,毕竟现实中是无法证实的,也不用在意其是否正确可信,说到这就打住吧,再说下去就影响笔者个人形象了,毕竟笔者不是神棍只是思考起来比较天马行空而已!

不能理解的也别多想了,因为这本来就不是正确的结论;能理解的也别多想了,用来治疗自己的选择困难症就好了。因为按照这个理论无论你怎么选择,最终结果都是一样的,哈哈。

 

最早人类看到闪电,听到打雷都无法理解,只能归咎于神的存在,后来科学发展了就不在相信雷公、电母。但是科学每到一个阶段,都有类似闪电、打雷的无法理解的新领域出现,比如牛顿看到自然是如此精妙,实在无法理解,就去研究上帝是如何创造去了,这就是误入歧途了。

我们难道每次遇到无法解释的自然现象都需要请出来“迷信和鬼神”去解释么?东升时评(dssp99)认为,我们可以像爱因斯坦那样研究佛教,打开思路从中收益,但是不要像牛顿那样最终变成神棍去相信造物主的存在!

笔者认为,这个世界无论是微观的量子世界,还是宏观的宇宙,任何未知和已知的东西,都可以有一个符合逻辑的终极解读。

这就是笔者的科学观!

 

最后,所谓高深的理论、深邃的科学、拗口的哲学,其实都可以用老百姓能听懂的语言来描述,人人都能领悟和掌握,完全不需要包装成多么高大上的东西糊弄人,东升时评(微信公众号dssp99)就是这样,永远都坚持用最直白、最简朴的语言描绘世界、用另类观点解读现实,长按下图可以关注,定期收到高质量推送,您绝不会失望!




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