【量子筆記】第一帖

PS:2012年在果殼的帖子,轉過來在知乎做個記錄。

2年多前曾經被人問,什麼是量子力學?我一個讀了10年書的人,居然啞口無言。我確實不知道該如何作答。

當時同行的人回答說,量子力學就是說能量是量子化的。可那是剛開始的時候,從德布羅意開始,量子力學的研究對象就不只是能量了,這個答案,很明顯不負責任。

後來又想,量子力學的核心是波粒二象性,但我知道,量子力學中所謂的波,其實並不是人們頭腦中的波,那僅僅是一個說法罷了,所以,這個說法也不好。

再後來,我又想,量子力學的核心是量子態。物質在成為真實的物質之前,處於一種量子態,這種量子態就像幹細胞,可以轉化為不同的物理現實。但,這個說法,僅僅是個說法,可以拿來用而已。

現在,我想從如下一個出發點開始重構量子力學:複數概率。這至少是量子力學數學體系的核心所在,所以,我個人將其視為量子力學的核心。

複數概率是什麼?沒人知道。搞笑的是,人類100年來,在科技上取得的匪夷所思的進步,就建立在這樣一個沒人懂的數學概念之上。

複數概率怎麼來的?這個倒是可以說說。

擲一顆骰子,出現1,3,5的概率都是1/6,那麼問:擲一顆骰子,出現奇數的概率是多大?所有人都知道,答案是1/6+1/6+1/6=1/2。

這個在概率中叫加法原理。

但讓所有物理學家都極度鬱悶的一件事是:加法原理在物理中不成立!物理實驗的結果,有可能給出如下一個等式:1/6+1/6+1/6=0。

不需要太高成本,在淘寶上買個雙縫干涉的器材就可以得到這種荒唐的結果。在雙縫干涉實驗中,假設發射100個光子,只開上邊縫時,後邊接收屏A處可以落上5個光子,只開下邊縫時,A處也能落上5個光子,那麼問:如果兩個縫都打開,之後一個一個發射光子(避免光子之間相互干擾),發射100個,A處會落上多少光子?

按照加法原理,理所當然是10個光子。但理論是理論,道理是道理,邏輯是邏輯,實驗根本不管這些。實驗的結果說5+5=0。或者用概率的語言:0.05+0.05=0。

時至今日,也沒有人能「理解」這個實驗事實,但瘋狂的物理學家,居然硬生生造出了一套數學體系來解釋這個實驗。

物理學家是這麼說的:如果1/6是實數,那麼1/6+1/6+1/6是不可能等於0的,但我只要把1/6變成複數,1/6僅僅作為複數的模,這樣,3個複數,只要相角合適,相加就可以為0了。同樣,0.05和0.05隻要相位上相差180度,那麼相加也可以為0。

就這樣,概率中的加法原理保持了下來,但卻是以一種極為怪異的方式。

世人都知道愛因斯坦說過,他不相信上帝會擲骰子,但大部分人不了解的是,真正讓愛因斯坦難以接受的,是上帝擲的是一個複數骰子!

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