說說量子力學

什麼是量子呢?一個光子,一個電子都是量子。

那麼爲什麼跟力學放在一起呢?我想是因爲量子之間有神奇的作用力吧,一種到現在,物理學家都無法解釋的一種“力”。

先說幾個神奇的試驗。

第一個叫做,量子雙縫試驗。我們知道,用普通的一束光做雙縫試驗的時候,會在屏幕上看到干涉現象,就是一個個的明暗的光斑。但是當科學家每次只是發射一個光子,也就是每次讓一個光子達到雙縫上的時候,依然看到的干涉現象,也就是光子既通過了第一個縫又通過了第二個縫,這是怎麼回事呢?爲了弄明白,科學家在爲每個縫加上檢測儀器,這時,看到光子要麼只通過第一個縫,要麼只通過第二縫,這時也看不到干涉現象了。當把檢測儀器去掉以後,又一次看到了干涉現象,科學家這次真不知道怎麼回事了,但是科學家給出瞭解釋:當光子同時通過兩個縫的時候,叫做量子疊加態。當光子由於觀測而被影響,從而只是通過其中一個縫的時候,叫做量子坍縮態。

這個太神奇了,用白話說,就是,量子可以既在這裏,也在那裏,也就是我們說的分身術。而一旦去觀測他,量子好像知道自己被監視似的,分身術也就消失了。好像武林高手,從來就是真人不露相,露相非真人。

第二個試驗叫做,薛定諤的貓。這也是物理學上著名的試驗。話說,薛定諤聽說了量子力學的原理很是好奇,於是想到了一個思想試驗,科學家們經常搞這一套,據說愛因斯坦就經常這麼玩,比如年輕的愛因斯坦想:當一束光去追另一束光,會怎樣,於是就有了狹義相對論。好吧,我們還是說說什麼是薛定諤的貓。

薛定諤也是物理學上大名鼎鼎的科學家。他假定在一個密封且不透風的容器裏,放一隻貓,然後放一些放射物質,這些放射物質有兩種狀態:要麼處在衰變狀態,要麼處在非衰變狀態,也就是量子的疊加態。而一旦處在衰變狀態,那麼就會觸發一種裝置釋放毒氣使貓死掉。但是如果你不打開箱子,你永遠都不知道放射物質是什麼狀態。那麼也就不能確定貓是什麼狀態。而且還不能在箱子裏面放一個檢測裝置,因爲那樣的話一切就是確定,試驗就沒有意義了。

既然不能確定放射物質的狀態,也就不能斷定貓的死活。物質的狀態是不確定的,難道貓的生死也是不確定的麼?還真是這樣的。因爲物理學家無法給出貓到底是死是活的結論。

不能把箱子換成透明的麼?可以,但是如果那樣的話就有了觀測者,也就是你觀測了放射物質,那麼是否是你的觀測影響了物質的狀態呢?

當我看到這裏的時候,已經激動不已了,但是還有更刺激的。

第三試驗,量子糾纏。

這個思想試驗還是由愛因斯坦提出來的(儘管他到死都不承認),而這個概念還是跟薛定諤有關。愛因斯坦在1935年提出一個思想試驗,假設有一對電子,發射之前,總自旋爲零(就當一個正轉一個反轉就好了)。那麼發射之後,如果其中一個是正自旋,那麼另外一個一定是負自旋。但是在沒有觀測之前,你根本不知道哪個是正的哪個是負的。薛定諤知道以後,說這不就是兩個電子糾纏在一起了麼。於是就有了,量子糾纏的由來。這還不算神奇的。

最神奇的是,當把這對電子分別放到距離很遠的兩個地方後,依然存在這樣的現象。也就是放在很遠的兩個電子,當其中一個電子的狀態確定了以後,那麼另一個電子的狀態也就確定了,而且是瞬間確定的,是同時發生的,都不是能用光速可以解釋的。這個跟《三體》裏的智子是一樣的。而且2015年荷蘭科學家也用嚴謹的試驗證明了這種現象。

相距很遠的兩個電子爲什麼可以瞬間達到如此默契的程度,爲什麼人類認知的光速在這個現象面前都弱爆了?科學家至今也不知道爲什麼。

說說我的感受,以前看《三體》的時候就瞭解量子力學,知道里面智子的厲害。但是經過萬維剛老師的系統解釋,讓我更加的敬畏了。感嘆,人類科技如此進步的今天,依然對這麼基礎的粒子現象還無法解釋。難道地球上真的有一顆三體人的“智子”在我們地球上活動,阻止了人類的進步?好吧,我也科幻了一下。

看來我還得經常鍛鍊身體,保持健康。活到科學家給出答案的那一天。

哈哈哈。

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