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量子力学到底为什么让人感到害怕?科学家究竟发现了什么?
发布时间:2023/8/24  阅读次数:620  字体大小: 【】 【】【

量子力学到底为什么让人感到害怕?科学家究竟发现了什么?


探索的智士

来自重庆   快传号

人类是地球上最有智慧的生命,从人类诞生以后就开始不断的研究和探索世界的奥秘,经过几千年的科技发展,现在人类已经能够走出地球探索宇宙,这说明人类科技发展的速度非常快,人类能够有如此之快的发展速度,主要离不开人类历史上的一些科学家,比如说牛顿、哥白尼、伽利略、爱因斯坦、玻尔、薛定谔等等,这些伟大的科学家给人类科技发展起到了非常重要的作用,如果没有这些伟大的科学家,那么人类科学要倒退几百年的时间,在19世纪的时候,科学家认为我们已经解开了世界上所有的问题,比如说在远低于光速的情况下,牛顿的经典力学能够解释所有的机械问题,电磁现象被总结为麦克韦方程。




光现象能够被波动定律解释,热现象能够被热力学解释,在高于光速的情况下,相对论能够解释宇宙万物,就在人类以为自己已经解开了所有的奥秘时,科学家突然发现,在微观世界中,这些定律无法适用,为了解开微观世界的奥秘,在19世纪的时候,众多科学家普朗克、玻尔、海森堡、薛定谔、爱因斯坦等人一起创立了量子力学,量子力学是描述微观物体的理论,它和相对论一起被认为是现代物理学的两大支柱,从学科本质上来说,量子力学就是研究分子、原子、原子核以及其它基本粒子的性质、结构的基本理论,正因为有了这个基础理论,人们才能够对微观世界进行进一步的探索和总结。




如今量子力学已经成为了科学探索不可缺少的一部分,但是随着科学家对它深入研究,科学家不仅仅知道了许多人类之前不知道的事情,同时也推导出了许多让人觉得不可思议,甚至感到害怕的结论,在很多科学家的传统认知当中,科学是严谨的、确定的、爱因斯坦就是这种想法的代表人物,他是一个忠实的机械决定论者,认为宇宙中不可能有真正的偶然和随机,如果某件事情看起来是偶然的、随机的、那么肯定是人们还没有发现它背后的规律,导致无法计算出准确的结果,不过量子力学的出现打破了这个传统观点,量子力学认为,所有的事物都能够在同一时间拥有不同的状态,事情的结果会在被观测的那一刹那坍缩成所谓的事实,而出现的事实是完全随机的,但事实的概率需要看哪种成分在叠加态中占的比例多。




爱因斯坦认为这种说法违背了物理学的严谨、精确、所以他说出了那句经常被后人提起的话,上帝不掷骰子,在上世纪30年代,一些量子力学的科学家们,发现了量子世界有很多和经典宏观世界不一样的奇异特性,比如说:无法精确测量微观粒子的动量和位置,也就是所谓的不确定性原理,一个系统的量子态能够用波函数来描述,但是这只是概率问题,观测会导致波函数的坍缩,粒子具有波粒二象性,但不可能同时展现两种行为,量子纠缠的超距瞬时作用等等,在这些发现的基础上,建立了一系列量子力学理论,促进了量子力学的发展,创立这些理论的科学家当时聚集在丹麦首都哥本哈根大学进行研究和讨论。




当时提出量子力学理论的叫做哥本哈格学派,在当时,哥本哈根诠释违背了经典理论和人们平常观测到的一些常识,因此不但民间理解不了,就连一些著名的科学家也无法接受,爱因斯坦和薛定谔就是这些物理学家们的代表。爱因斯坦就是针对哥本哈根诠释提出“上帝不会掷骰子”的。他认为,之所以现在无法精准测量和预测微观粒子的一些运动状态,是因为其中有一些隐藏着的“隐变量”还没有被发现,因此,这些理论是不完备的。通俗地说,就是爱因斯坦认为,量子理论还是一个不完备的半拉子理论,还有许多深层次规律没有揭示出来,所以才会有一些奇异现象无法解释。




由此,“上帝不会掷骰子”的意思就很明确了,就是说规律这个“上帝”不会随机乱点鸳鸯谱,微观世界的一些现象也有其遵从的自然客观规律,只要找到还没有弄清楚的那些“隐变量”,这些奇异现象就会变得可以理解和预见了。作为爱因斯坦的同盟军,薛定谔提出了一个著名的思想实验:薛定谔的猫,其大概意思是:将一只猫放在一个封闭的箱子中,这个 箱子中装有少量的镭和氰化物,镭存在一定的衰变几率,这个几率是百分之50,如果镭发生衰变就会触发机关打碎装有氰化物的瓶子,这时候毒气就会被释放,猫就会死亡,如果镭没有发生衰变,那么毒气就不会被释放出来,猫就不会死亡,按照经典物理学的解释,猫只能够有一种可能性,要么死亡,要么活着。



但是按照量子力学的解释,由于放射性的镭处于衰变和没有衰变的两种叠加态中,所以猫也处于死亡和活着的叠加态当中,当时爱因斯坦听了这个思想实验后非常高兴,爱因斯坦认为,在现实生活中,不可能存在一种即死又活的猫,但是根本哈根学派认为,如果在微观世界中,没有打开盒子之前,猫就处于死亡和活着的叠加态当中,在打开盒子的一瞬间,所谓的波函数坍塌,量子回归到本征态,猫的生死就确定了,如果按照哥本哈根学派的观点,我们能够理解为:在我们还没有打开箱子之前,箱子里面其实存在两只猫,一种是死亡以后的猫,还有一种是活着的猫。




这时候两只猫处于叠加状态,但是当我们打开箱子之后,其中一种叠加态就消失了,这时候其中一只猫就消失了,而我们看到的结果其实是另一只猫,后来薛定谔的猫还被用于证明平行宇宙的理论,原本薛定谔的猫是为了反对量子力学的思想实验,但是后来却成为了科普量子力学最生动的例子,玻尔和爱因斯坦的争论经过了很长的时间,在1955年,爱因斯坦去世都没有分出对错,但是在1964年,英国物理学家约翰.斯图尔特.贝尔发表了贝尔不等式,这才使得爱因斯坦和玻尔的争论告一段落,贝尔证明了定域性和隐变量不相容,如果一个隐变量定理是正确的,那么一定会出现一个满足物理现象,一个会限制物质现象,如果该不等式给出了这个限制不满足,那么就不存在正确的隐变量。



贝尔不等式还说明了一个问题,局域性和实在性至少有一个问题,或者两个都有问题,不可能同时存在,这在后来证明了量子力学中的不可观测性,贝尔不等式的出现证明了爱因斯坦错了。如今相对论和量子力学已经成为了现代物理学的两大支柱,量子力学对经典物理产生了非常大的影响,甚至这种影响已经超出了物理学本身的范畴,成为人类看到世界、看待问题的一种新的思维方式,宇宙的本质是什么?黑洞的本质是什么?人类究竟能不能够超越时空?这些都可能和量子力学有关系,在2016年的时候,医学教授罗伯特‧兰萨(RobertLanza)从量子力学角度切入,用大量的论证证明所谓的“死亡”并不是生命真正的终点,它只是一种意识幻象。




他指出,死亡是无法被描述和定义的,它只存在于人类的意识中。兰萨在研究中发现,当然人类的肉体因死亡停止活动时,意识信息其实仍在活动,这些量子信息或许就是所谓的“灵魂”。当肉体走向终结时,意识将会在另一个世界重新开始。在量子力学的中,科学家通过大量反复的实验证明,如果将同一量子体系分成几个部分,那么当你检测到其中一种状态时,其他部分将会立即调整到你所看到的部分的状态,仿佛它根本就是一个拥有智慧的生命体,量子力学的可怕就在于,人类无法拿捏它,在经典物理学中,我们能够通过计算、公式,得出一个事物的最终结果。



比如说我们将篮球抛向空中,即使我们不用观测它,篮球最终也会落到地面上,而这个结果是确定的,而且科学家能够通过抛篮球使用的力量,计算出篮球回弹的高度是多少、回弹的次数是多少,这就相当于我们通过计算,就能够得知未来发生的一些事情,但是量子力学告诉我们,未来是未知的,我们无法控制变数,而且我们都无法计算出后面的结果,这样科学家感到非常不可思议,毕竟任何事情,一旦不再人类的掌控之中,那么人类就会感到恐慌,在量子力学当中,除了薛定谔的猫之外,还有量子纠缠,到现在科学家都不明白量子纠缠的原理是什么。




量子纠缠指的是:处于纠缠状态的两个量子,不论相隔多远的距离,都会存在一种关联,其中一个量子状态发生了改变,另一个量子的状态也会瞬间发生相应的改变,这种现象能够无视空间的限制,其实量子纠缠就类似于心灵感应,可能很多人都听说过一些双胞胎之间存在心灵感应,当两个人存在不同的城市中,其中一个人受了伤,另一个人也能够感应到,有很多科学家认为,心灵感应就是一种量子纠缠现象,著名的物理学家爱因斯坦第一次知道量子纠缠之后,都觉得不可思议,爱因斯坦将其称为“鬼魅般的超距作用”,认为它是错误的。



量子纠缠能够无视距离,目前有很多科学家认为是因为它们之间存在叠加态,如果两个粒子一开始具有某种共同的关系,那么即便两个粒子分开,其叠加态也是缠绕在一起的,而量子纠缠正是这种叠加态相互缠绕的体现,比如说,一个具有0自旋的粒子突然衰变了,变成了两个粒子,那么这两个粒子由于都是由同一个粒子衰变而来的,所以在最初状态就建立了联系,未来,不管这个两个粒子距离有多远,这种联系会一直存在,具体表现就是叠加态的相互缠绕,纠缠粒子之间的叠加态会超越空间和时间进行相互作用。如果说我们将其中一个粒子放在火星上,另一个粒子放在地球上,只要我们影响地球上的粒子,那么火星上面的粒子也会受到影响。




现在科学家已经证明了量子纠缠确实存在宇宙当中,但是它的原理到底是什么?目前科学家也只能够猜测,在量子力学当中,可能还存在很多我们不知道的秘密,人类还需要进一步的研究才行,纵观量子力学100多年的历史,其实就是物理学大厦倾覆重建的历史,那些曾经被侍奉为经典的理论被拉下神坛,那些在人类正常认知中不可能正确的事情成为了事实,在反直觉方面,没有任何理论能够和量子力学媲美,曾经著名的物理学家费曼说:没有人能够懂量子力学,如果你觉得你懂了,那你绝对不是真的懂了。在量子力学的视角下,我们生活的世界其实远比我们想象中的更加复杂。



毕竟谁都不会知道,下一秒我们的世界会发生什么,在这个充满随机的世界中,人类并不是地球的主宰,也不可能成为宇宙的主宰,我们只是在宇宙的规则下生活着,对于我们无法预知的事情、无法控制的结果,往往都会产生害怕,即便人类是地球上最有智慧的生命,也无法摆脱这一点,小编认为,或许人类未来能够继续完善量子力学,但是想要真正解开宇宙的奥秘,光凭量子力学是不够的,毕竟宇宙中隐藏着太多我们不知道的奥秘了,小编希望人类能够早日实现自己的梦想,对此,大家有什么想说的吗?

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