解讀量子力學的幾個詭異現象,我承認我的宇宙觀被完全顛覆!

想像一下,經過艱苦的一天工作後,你在回家的路上決定進酒吧逛逛。你點了杯冰鎮飲料又愜意地點了根煙,正當你準備吸一口香煙時,它突然消失了,而你疑惑地環顧四周,然而找不到任何蹤跡。

而就在這時,你點的飲料到了,冰涼的飲料里飄著冰塊,在炎熱的天氣里喝一杯飲料實在是太完美了。而當你正想喝一口,杯子里的冰塊竟然自己顫動起來,好像你在用力搖動杯子,但事實上你並沒有搖。

你嚇得連忙把杯子放到桌子上,徑直往門口走去。當你試圖走出門時,發現牆上並沒有門,剛剛所謂的門只是牆上的畫。你環視其他顧客,發現他們竟然是直接穿牆進出的。

這樣的情節讓我們聯想到那個酒吧可能鬧鬼了。但是如果把這個酒吧縮小到小於原子的尺度,發生這樣的事就不再那麼奇怪了。事實上,上述這些看似超自然的事件在量子世界一直發生著。

我們從小時候學過的實驗理論中都知道了光即是波又是粒子,但是科學家得出這個結論的過程是一個很有趣的故事,那就是雙縫干涉實驗(之前多次提到,不再多講)。

不過這個實驗引出了量子世界的下一個秘密,那就是不確定性原理。1927年德國物理學家沃納-海森堡提出的。這個不確定性原理認為我們不能確切地同時知道粒子的位置和運動狀態。我們越精確地測量粒子的速度,我們就越不知道它的具體位置,反之亦然。

用類比解釋就是:想像一輛載路上行駛的汽車,要知道它的確切位置,你必須停止時間去測量。但是時間停止後你就沒法知道它的速度。相反,要測量它的速度,你就不知道汽車的具體位置。

也許現實中你能差不多估計一下,但在亞原子級別的世界裡你不能。再回到雙縫干涉實驗,當我們開始觀測粒子,其行為就改變了,也為我們引出了「觀察者效應」,它跟不確定性原理有一定關係,該理論認為當我們再發射光子時進行粒子觀測,粒子的量子相互作用會被我們的觀測影響。

想像一下,你正在檢查汽車輪胎的壓力,不放出一些空氣讓車胎壓力變動一下的話是很難測量的。而在測量光子的時候,它們的屬性已經改變了,不再表現為波而是一個粒子。

還有一種量子把戲,就是著名的薛定諤的貓,相信很多人都有所了解。把一隻貓連同一個化學炸彈放進一個盒子里,炸彈有50%的爆炸幾率,這也是貓的生存幾率。通常來說一段時間後,我們會知道貓的死活。

然而量子力學告訴我們,貓既是死的也是活的,因為炸彈即可能爆炸也可能不會爆炸,這就是所謂的量子疊加。

所謂的疊加就是所有可能發生的事件的組合。在上述情況下就是貓是死是活都有50%的機會發生。在我們打開盒子那一刻,宇宙必須打破疊加狀態,並進行二選一,決定貓的生死。

這一原理同樣可以應用在波粒二象性上,我們再屏幕上看到的波形,其實是一個表示概率的圖形,波紋最強的區域,代表由粒子到達的概率最大,而最弱的區域概率最低。

粒子以波的形態傳播,這個形態也就是表示概率的光譜狀態,直到擊中屏幕的瞬間時宇宙法則不得不做出決定,確定粒子的位置。

同樣的事情也發生在圍繞原子核旋轉的電子上,準確的說電子並不是圍繞原子核旋轉,它沒有明確的位置,我們只能知道它可能出現在不同位置的概率。電子甚至可能出現在原子之外,只是這是極小的概率,甚至可能出現在宇宙中的任何其他地方,但相應的概率更小。打個比方,就像現實中你身在家裡,事實上你有可能出現在月球上,甚至是遙遠宇宙的某個角落,只是概率極低罷了!

當然說到量子力學,不得不提到量子糾纏。粒子都有自旋的固有屬性,這不像那種傳統的物體圍繞一個中心旋轉方式,但是是類似的,它可以是向下或向上。

因為量子漲落,如果有一個很高的能量源,一些粒子對便會出現,這些粒子有一種叫做「糾纏」的屬性,這種屬性的意思是,粒子的自旋總是相互對立的,如果一個是向上,另一個則是向下。

想像一下,如果我們試圖在垂直角度觀測這樣的一對粒子,它就有50%的幾率向上或向下。請記住在我們觀測之前,粒子的自旋狀態是不確定的,所以一旦我們進行觀測,在它向上或向下的可能性範圍內,量子疊加態被打破,一個粒子會選擇一種確定的自旋方式。

而在那一瞬間,另一個粒子也打破它自身的疊加態,變成自旋相反的粒子。更讓人震驚的是,無論粒子之間的距離多遠,一旦其中一個粒子的自旋是已知的,另一個粒子的自旋狀態也隨之立即確定,因此,信息將比光速更快的速度傳遞!

說了這麼多,對於量子力學或許你依然很迷惑,沒關係,我本人也並不是完全理解,只是把我的認識帶給大家。事實上量子力學的創始人波爾和愛因斯坦也不能完全參透量子力學的奧秘。除了帶給大家量子力學的知識外,更多的是留給大家一些思考的空間!


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