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什么是量子力學?量子糾纏?看完讓你比大部分人更不懂
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2023.05.15 北京

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你有沒有想過,這個世界是不是真的像我們看到的那樣?我們的眼睛能看到的東西,都是由無數個微小的粒子組成的,比如原子,電子,光子等。

但是這些粒子在我們看不見的微觀世界里,卻有著很多奇妙的現象和性質,比如量子疊加,量子糾纏,量子隧道等。這些現象和性質,用我們熟悉的牛頓力學是無法解釋的,所以我們需要一門新的理論來描述它們,這就是量子力學。

量子力學是20世紀初誕生的一門革命性的物理學分支,它揭示了微觀粒子的本質和行為規(guī)律,也為我們開辟了一個全新的視角來認識這個世界。量子力學不僅解決了很多以前無法解決的物理問題,也預言了很多以前無法想象的物理現象。量子力學也推動了很多科技的發(fā)展和創(chuàng)新,比如激光,半導體,核能,量子計算機等。那么,量子力學到底告訴了我們什么呢?

首先,它告訴了我們,微觀粒子都是以波的形式存在的。這種波并不是像水波或聲波那樣的機械波,而是一種概率波。它描述了粒子出現在某個位置或狀態(tài)的概率大小。這就意味著,在沒有測量之前,粒子可以同時處于多種可能性之中,比如同時在兩個地方,或者同時具有兩種屬性。這就是量子疊加現象。

量子疊加現象讓我們感到很不可思議,因為在我們日常經驗中,一個物體不可能同時在兩個地方或者同時具有兩種屬性。但是,在微觀世界里,這卻是很常見的。比如一個電子可以同時具有上旋和下旋兩種自旋狀態(tài),或者一個光子可以同時具有水平偏振和垂直偏振兩種偏振狀態(tài)。只有當我們對它們進行測量時,它們才會表現出一個確定的結果,并且這個結果是隨機的,并不取決于我們怎么測量。那么,在測量之前,粒子到底是什么樣子呢?

它們是否真的同時存在于多種可能性之中呢?還是說它們只是沒有確定下來呢?

這些問題在量子力學中并沒有明確的答案。不同的詮釋方法會給出不同的解釋。有些詮釋方法認為粒子在測量之前就已經有了一個確定的屬性,只是我們不知道而已。有些詮釋方法認為粒子在測量之前沒有任何實在性,只是一種數學描述而已。有些詮釋方法認為粒子在測量之前存在于多個平行世界之中,每個世界都有一個不同的結果。

截止目前還沒有一個詮釋方法能夠完全符合實驗事實和邏輯推理,并且能夠得到廣泛的認可和接受。

所以,量子力學的詮釋問題仍然是一個開放的問題,也是一個有趣的問題。它涉及到了物理學,哲學,甚至心理學和宗教學的領域。它讓我們思考,什么是真實,什么是知識,什么是意識,什么是存在。

另外,量子力學告訴了我們,微觀粒子之間可以存在一種神奇的聯系,叫做量子糾纏。量子糾纏是指兩個或多個粒子之間的狀態(tài)或屬性相互依賴,無論它們相隔多遠,只要對其中一個粒子進行測量,就會立即影響另一個粒子的狀態(tài)或屬性。這就好像兩個戀人之間有著一種心靈感應,無論他們在哪里,只要一個人心情變化,另一個人就能感受到。

量子糾纏讓我們感到很震驚,因為它似乎違反了愛因斯坦提出的相對論原理。相對論原理告訴我們,沒有任何東西可以超過光速,在空間中傳遞信息或影響也需要一定的時間。但是,在量子糾纏中,兩個粒子之間的聯系似乎是瞬時的,不受空間和時間的限制。這就好像兩個粒子之間有著一條隱形的通道,可以直接傳遞信息或影響。

那么,在量子糾纏中,是否真的存在著超光速的信息或影響呢?還是說這只是一種假象呢?

這些問題在量子力學中也沒有明確的答案。不同的理論和實驗都試圖解決這個問題,但是都沒有得到一個完美的解釋和證明。有些理論和實驗認為量子糾纏中確實存在著超光速的信息或影響,但是這種信息或影響不能用來傳遞有用的信息或能量。有些理論和實驗認為量子糾纏中并不存在超光速的信息或影響,而只是一種統(tǒng)計上的相關性或因果性。

所以,量子糾纏的本質和機制仍然是一個懸而未決的問題。

量子力學告訴了我們,微觀粒子可以具有一些非常奇特和神奇的能力,比如量子隧道。量子隧道是指微觀粒子可以穿越一些看似不可能穿越的障礙物或壁壘。這就像一個人可以穿越一堵墻,或者一個球可以穿越一個籃筐。

這在我們的常識中是不可能的,因為我們認為物體之間是有著固定的形狀和位置的,而且不能相互重疊或穿透。但是,在微觀世界里,這卻是可能的。因為微觀粒子是以波的形式存在的,而波是可以相互疊加或干涉的。當一個波遇到一個障礙物或勢壘時,它會有一部分反射回去,一部分透射過去。如果障礙物或勢壘很厚或很高,那么透射過去的波就會很小,幾乎可以忽略不計。但是,如果障礙物不是無限厚或無限高的,那么透射過去的波就不會完全消失,而是會有一個非零的概率存在。這就意味著,微觀粒子有一個非零的概率穿越障礙物或壁壘,這就是量子隧道現象。

量子隧道現象也讓我們感到很驚訝,因為它似乎違反了能量守恒定律。能量守恒定律告訴我們,一個物體要想穿越一個障礙物或勢壘,它必須具有足夠的能量來克服障礙物或勢壘的阻力。但是,在量子隧道中,微觀粒子可以穿越一些看似需要更高能量才能穿越的障礙物或勢壘。這就好像一個人可以不費力氣地跳過一座山,或者一個球可以不費力氣地飛過一片湖。這在我們的經驗中是不可能的,但是,在微觀世界里,這卻是可能的。因為微觀粒子并不是按照經典力學的規(guī)則運動的,而是按照量子力學的規(guī)則運動的。在量子力學中,并沒有絕對的能量閾值或邊界,而只有概率分布和波函數。

那么,在量子隧道中,微觀粒子究竟是怎么穿越障礙物或勢壘的呢?

它們是否真的消失了一會兒,然后又突然出現在另一邊呢?還是說它們只是以一種我們無法察覺的方式穿越了呢?

這些問題在量子力學中也沒有明確的答案。不同的模型和假設都試圖解釋這個問題,但是都沒有得到一個完美的解釋和證明。有些模型和假設認為微觀粒子在穿越障礙物或勢壘時,并沒有真正消失或出現,而只是以一種虛態(tài)或復合態(tài)存在于障礙物內部。有些模型和假設認為微觀粒子在穿越障礙物或勢壘時,并沒有真正穿越,而只是以一種瞬移或躍或躍遷的方式到達另一邊。

所以,量子隧道的機制和過程仍然是一個未解之謎,也是一個有趣的謎。它讓我們思考,什么是能量,什么是障礙,什么是穿越。

總結來說,量子力學給我們展示了一個奇妙而神秘的微觀世界,一個我們無法直接觀察和感知的世界,一個充滿了可能性和概率的世界。量子力學也給我們帶來了很多困惑和挑戰(zhàn),一個我們無法完全理解和掌握的世界,一個充滿了矛盾和 悖論 的世界。

總之,量子力學會讓我們重新審視我們對這個世界的認識和認知,讓我們重新思考我們在這個世界中的角色和意義。

那為什么這個宇宙會有這樣的規(guī)律呢?為什么這些規(guī)律會如此有序而復雜呢?為什么這些規(guī)律會如此難以理解而神秘呢?

這些問題可能永遠沒有答案。

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