作為地球上唯一的智慧物種,人類自誕生以來一直在努力揭開各種大自然奧秘,很長一段時間里,我們做得確實不錯。幾百年前人們就發現了太空中天體的運行規律,牛頓定律幾乎能“上天入地”,詮釋了平時我們所見物體的運動。
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而牛頓之后的愛因斯坦提出了更加普適的相對論,把只適用于低速世界的牛頓定律擴展到了適用范圍更廣的相對論,完全統治了宏觀世界。同時麥克斯韋創建的麥克斯韋方程組,統一了電磁學。
科學家們認為,人類越來越接近世界的真相,并為之欣喜若狂,直到另一種理論的出現,徹底顛覆了我們的傳統認知,這個理論就是量子力學。
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量子力學描述的是量子世界里微觀粒子的運動行為。在我們的宏觀世界里,每天都能看到各式各樣的事物,但無論是什么事物,不管是石頭還是我們的身體,本質上并沒有什么不同,都是由最基本的微觀粒子組成的。
而微觀粒子的運行行為完全出乎了所有人的意料,它們根本不受牛頓定律和相對論的束縛,這兩大理論在量子世界完全失效了,量子世界向我們展示了一個所有人都無法相信的詭異狀態。
在量子世界,那里的一切都像是“賭博游戲”,完全是碰運氣的游戲世界。因為那里的一切都是不確定的,只能用概率去描述微觀粒子的狀態。
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微觀粒子的速度與位置具有不確定性,我們永遠無法同時確定粒子的速度和位置信息,只能確定粒子在某個位置出現的概率。也就是說,微觀粒子可以隨時出現在任何地方,甚至可以同時出現在兩個不同的地方。
言外之意,微觀粒子看起來無處不在,它們并不像玻璃球那樣的實體粒子,更像是波,這也就是所謂的“波粒二象性”。也就是說,量子世界的本質是由概率決定的,隨機才是量子世界的本質特征。
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而且,量子世界的隨機是真的“隨機”,并不是我們所在宏觀世界的那種隨機,我們世界的任何隨機行為其實都是“偽隨機”,并不是真正的的隨機事件。
比如說擲骰子,看起來是隨機事件,其實并不是。如果我們能夠控制擲骰子的力度,角度,同時考慮到周圍環境對擲骰子的影響,比如說風速,溫度,濕度,噪音等因素,最終一定可以準確判斷擲骰子的點數。
哪怕是電腦游戲里爆出來的裝備,也并非是隨機的,也有一定的規律可循,這里就不深究了。
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對于量子世界的這種概率行為,愛因斯坦表示完全無法接受,他不相信這個世界是由概率決定的,表示“上帝不會擲骰子”,他堅信世界是確定的,可預測的,也是可描述的。
更不可思議的是,人們的任何觀測行為都會影響到微觀粒子的狀態,讓微觀粒子的不確定性“坍縮”為確定性,最有說服力的證據就是電子雙縫干涉實驗,相信伙伴們都有所了解,這里就不詳述了。
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總之就是,根據量子力學的不確定性,人們的測量行為,會迫使微觀粒子放棄它們原本可能存在的地方,進而選擇某個明確的位置,也就是我們看到它們的位置,正是人們的測量行為迫使微觀粒子做出了這樣的選擇。
這就意味著,我們現實世界的本質其實是不確定的,是模糊的,一切都只能用概率去描述。這種不確定性如果放到微觀世界,會讓人瘋狂。
打個比方,此刻的你正在飯店吃飯,你之所以在飯店是因為我觀測到你在那里了,如果我沒有觀測,你可能不在飯店,可能在任何地方。對于這樣的結果,你是不是會發瘋?
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但這種模糊和不確定性確實會出現在量子世界,是量子世界固有的屬性。不過愛因斯坦堅決不認可這種讓人發瘋的觀點,他一直堅信世界是確定的。
愛因斯坦堅信事物并不會因為任何觀測行為才會存在,而始終會在那里。在他與哥本哈根學派代表人物波爾辯論時,就曾這樣反駁:不看月亮時,難道月亮就不在那里嗎?
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在我們的固有思維里,不管我們看不看月亮,它始終都在那里。但如果月亮來到量子世界,一切都大為不同了,月亮真的不在那里,而是可能在任何地方。
誠然,詭異的量子力學確實顛覆了我們的世界觀,但不可否認的是,經過一百多年的發展,量子力學早就成為現代物理學大廈的基石之一,它完全統治了微觀世界。
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更重要的是,量子力學其實距離我們并不遙遠,它早就走進了我們的日常生活,因為量子力學早就催生了很多重大發明,比如說集成電路,晶體管,激光器等,這些領域都包含著量子力學。
毫不夸張地說,量子力學的影響力早就深入到了整個電子學領域!
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