关于量子的历史,我已经写了第29篇了。 如果您阅读了第一篇文章中的礼物,那么恭喜您。 一些基本原理也已经明白了。
除了可以在饭后和朋友聊聊量子力学,还可以在女朋友面前展示自己的知识和才华。 更重要的是,它让你对世界有了更深刻的理解。
我觉得人生最大的困惑就是不了解自己生活过的世界,不明白为什么阳光普照。 我只知道它很亮。 我不知道为什么有四个季节。 我只知道天气很冷。 穿衣的时候不知道为什么玻璃是透明的,只知道可以给你挡风,不妨碍你四处张望。
如果有人问你,知道这些有什么用,你可以直接说这可以区分人和动物。
好了,开始今天的话题吧!
相信看完量子力学的你,也和我一样陷入了沉思,感觉好像懂了什么,又觉得什么都不懂。
没关系,毕竟费曼曾经说过,没有人真正理解量子力学! 更何况我们凡人。 虽然量子力学诞生已经快一个世纪了,但问题依然很多,不可能完全给大家一个满意的答案。
比如波粒二象性,一个电子,或者说一个真实的粒子,既有波的性质,又有粒子的性质,那么这个波粒二象性,这个波与粒子的叠加怎么理解呢?
我相信没有人能在脑海中构造出一幅既是波又是粒子的图画。 为了避免波与粒子之间的矛盾,玻尔的互补性原理说,当电子不被观察到时,你无法描述它是什么,也就是说,一个电子没有被观察到什么都不是。
只有当你用特定的方法测量电子后,电子才会向你展示波或粒子的性质。 至于显示粒子还是波,全看你的测量手段了。
于是玻尔进一步否定了独立于观察者的客观实在的存在,甚至认为当我们不观察电子时,电子不具有位置、动量等物理性质。
为了避免波粒二象性的矛盾,我们不得不将观察者作为量子力学的一个基本假设引入物理学,那么玻尔的互补性原理真的描述了现实世界的本质吗? 谁也说不准,但就目前的情况来说,是没有问题的。
还有一个是量子力学中的随机性,就是玻恩对波函数的概率解释。 如果一个量子物体处于多个可能态的叠加态,当我们不观察它时,它没有确定的性质,但是当我们测量它时,它的波函数随机坍缩成一个可能的本征态。
至于它是哪个本征态,是完全随机的,跟我们经典世界的随机性不一样。 币的根基还是决定性的,只要我们肯算,知道银币在发行那一刻的状态,知道币落地过程中的所有影响因素,就完全可以算出是否 它是正面或反面。
但是量子世界中的随机性叫做真随机性,没有任何因果关系的随机性。 那么你如何解释为什么世界本质上是随机的呢?
又一个波函数坍缩问题,波函数为什么会坍缩? 波函数坍缩的原因是什么? 波函数坍缩背后的机制是什么? 波函数坍缩是一个变化的过程,还是瞬时的?
我们无法解释这些问题,因为我们无法用数学来描述波函数的坍缩。 我们只认为是瞬时选择的过程,不去描述。
如果你认为是观测本身导致波函数坍缩,那么看完上一节薛定谔的猫,又会产生一个新的疑问。 你如何定义观察者? 什么样的观察者会导致波函数坍缩? 什么样的观察者不会?
如果沿着这个思路思考,肯定会遇到意识的问题,最后得出一个结论,有人类参与的观察过程会导致波函数坍缩。 由于只有人类是有意识的,所以是意识导致波函数坍缩。
就这样,我觉悟了魔鬼,光明正大地走进了科学的殿堂。 只要你相信哥本哈根的解释,你就无法逃避意识的问题。
最后一个non-locality,先解释一下什么是localization,没有超越光速的交互就是localization,我们现实世界中的动作过程有光速极限的现实。 那么,非局域性就是超光速相互作用的存在。
这是在说什么? 量子纠缠的证明意味着量子力学是非局域的,两个纠缠粒子之间确实存在某种瞬时联系。
无论相距多远,测量一个和另一个都会立即做出响应。 人类还不明白,纠缠背后的机制是什么? 什么是纠结? 他们如何即时互动?
对于这些问题,没有人敢妄下定论。 但这似乎也在告诉我们,宇宙本身就是一个整体,有着某种内在联系。
还有一个更重要的问题,这种纠缠是否违反了相对论? 但是,我们现在认为,由于量子的随机性,这种纠缠无法传递有效信息,因此我们认为它不违反相对论。
但总让人隐约觉得,好像事情没有那么简单,量子纠缠背后一定有什么至高无上的道理,只是我们还不知道而已。
虽然以上问题都没有令人满意的答案,但这并不能否定量子力学的成功。 该应用程序彻底改变了我们的生活。
比如现在所有用电的设备都与量子力学有关,因为半导体、激光、超导体都是基于量子力学的。
而且近年来我们经常听到量子力学在通信方面的应用,比如我们非常关心的量子保密通信、量子隐形传态、量子计算机等。 纠结,虽然我们不明白背后的道理,但这并不妨碍我们去使用它,就像你造不出汽车一样,但你还是可以编个理由。
下一个视频,我们来聊聊最前沿、最时尚的量子保密通信、量子隐形传态和量子计算机。