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我们的世界真的是真实的吗？最诡异的科学，爱因斯坦的噩梦——量子力学 ▲我们先从薛定谔的猫开始。 “薛定谔的猫”是由奥地利物理学家薛定谔于1935年提出的有关猫生死叠加的著名思想实验，是把微观领域的量子行为扩展到宏观世界的推演。 实验是这样的：在一个盒子里有一只猫，以及少量放射性物质。之后，有50%的概率放射性物质将会衰变并释放出毒气杀死这只猫，同时有50%的概率放射性物质不会衰变而猫将活下来。
根据经典物理学，在盒子里必将发生这两个结果之一，而外部观测者只有打开盒子才能知道里面的结果。在量子的世界里，当盒子处于关闭状态，整个系统则一直保持不确定性的波态，即猫生死叠加。猫到底是死是活必须在盒子打开后，外部观测者观测时，物质以粒子形式表现后才能确定。这项实验旨在论证量子力学对微观粒子世界超乎常理的认识和理解，可这使微观不确定原理变成了宏观不确定原理，客观规律不以人的意志为转移，猫既活又死违背了逻辑思维。 ▲ 什么是量子力学？ 一直以来，都有一个问题困扰着大家：物质是由什么构成的？现在我们知道所有的物质都是由电子和夸克构成的，它们都是物理学的基本粒子。所谓物理学最基本粒子，就是说它们不能由更小的粒子构成。例如分子由原子构成，原子由原子核和电子构成，原子核由质子和中子组成，组成质子和中子的就是最微观粒子，中子。
而用来研究微观世界的理论，就是量子力学。这个理论的开创者就是20世纪最伟大的科学家，普朗克。
▲诡异的量子力学 这个理论有许多非常诡异的预言，但它同时是物理学中最经得起考验的理论之一。 量子跃迁：例如在你的卧室里有个书架，书架有四层，你现在把书从第三层放到第一层去，那么这本书的原来位置是为第三层，现在变成了第一层。但是你不能悬空把书放在层与层之间。在物理学上，厨房的架子的层就是所谓的“量子化”。意味着它们是有级别的。
再例如你现在开着一辆车，现在的行驶速度为5km/h，现在你加速到30km/h，加速完成后，你的车速由一开始的5km/h变为30km/h，但是你在加油门的瞬间，你的车速是瞬间变为30km/h，却感受不到加速的过程，量子只在两个层级间瞬时跳跃，却没有运动的轨迹。
我们一般谈到的经典物理学是指艾萨克·牛顿爵士开创的经典力学与经典电磁学,统计物理,热力学所构成。而量子力学在不断地挑战经典力学的底线，在一千年后，经典力学是否还能作为一门正确的理论尚不可知。 ▲海森堡不确定性： 例如根据牛顿的经典力学，你很容易就能算出你抛出一个球的落地时间和轨迹，我们利用经典力学可以算出车辆行驶的速度和时间，可以算出炮弹击中目标的时间，甚至可以控制炮弹的轨迹，我们还把人送上了太空，这都是经典力学的功劳。 而在量子力学中，有一些东西基本上是不可知的。你不可能同时知道一个电子在哪里以及它要去哪里。也就是说，不可能同时精确地确定一个粒子的位置和速度，这就是海森堡不确定性原理。
▲量子叠加态：就是我们刚刚提到的“薛定谔的猫”的实验。 根据经典物理学，在盒子里必将发生这两个结果之一，而外部观测者只有打开盒子才能知道里面的结果。在量子的世界里，当盒子处于关闭状态，整个系统则一直保持不确定性的波态，即猫生死叠加。猫到底是死是活必须在盒子打开后，外部观测者观测时，物质以粒子形式表现后才能确定。这项实验旨在论证量子力学对微观粒子世界超乎常理的认识和理解，可这使微观不确定原理变成了宏观不确定原理，客观规律不以人的意志为转移，猫既活又死违背了逻辑思维。
例如你在向你心仪的女神表白之前，你不知道她到底是喜欢你还是不喜欢你，也许连她自己都不是很明确，这时候她对你的感情就处于“喜欢+不喜欢”状态，或者叫薛定谔猫态。在你表白之后，这个状态就坍缩成“我也喜欢你”和“你是个好人”两种确定的不同的状态，其概率取决于你是高帅富还是吊丝等诸多因素。在一个宇宙中，你们俩幸福地抱在了一起；而在另一个平行宇宙中，你回家看了个爱情动作片。
又比如你现在闭上眼，向你面前的黑板上扔一个粉笔头，在你未睁开眼之前，这个粉笔可能会落在黑板的任何一个位置，这就形成了无数的可能性，就是无数种叠加态，当你睁开眼睛进行观测的时候，这种叠加态就坍缩成一种状态，这个状态就会从黑板上有无数个粉笔头点下的点变成一个。 这两个例子都是量子叠加态坍缩，恐怖的是量子力学认为：是人的观测行为改变了实验的结果。当人未进行观测的时候，实验结果有无数种可能性，当人一旦参与进入进行观测的时候，无数种可能性就坍缩成了一种。 这个现象无法解释，但是却被无数实验证明确实存在。 量子就好像知道自己“被观测了”！ ▲量子纠缠：量子纠缠，两个纠缠态的粒子，只要对其中一个粒子进行观测，你就立即可以知道另一个粒子的状态，尽管它们可能在宇宙的两端。 宇宙中我们已知的传输速度最快的是光。现在量子纠缠技术可以完成信息的瞬时传递。 打个比方，现在我的双手各有一颗不同颜色的弹珠，我把双手伸到身后随意交换弹珠。从你的观点来看，这两个弹珠是“纠缠”的，如果红色的弹珠在我的左手，这意味着蓝色的就在我的右手。
还有著名的爱因斯坦和普朗克的手套实验。爱因斯坦拿出两副手套，分别装在两个密码箱里。然后让助手随便拿一个箱子送往北极，再把另一个箱子送往南极，当打开北极这个箱子的时候，发现手套为左手套或右手套，那么立刻就能得知南极的箱子里装的是右手套或左手套。这个实验看似荒诞不经，其实就是量子纠缠理论的实体化。 两个量子纠缠的粒子，一个呈现正旋转，一个呈现反旋转，把它放在宇宙的两端，144亿光年，观测其中一个粒子，发现是正旋或者反旋，那么立刻就可以得知另一头的粒子为反旋或者正旋，就即刻完成了量子的信息传输。 在微观的量子世界中，粒子们的奇特性质包括：同时做两件事（量子自旋）、能穿墙而过（量子隧穿）、具有幽灵般的联结等（量子纠缠）。这些奇特的性质之所以没有出现在宏观的经典世界，是因为分子间的“测量”。而在生命中，这些分子特异性都会存在。 可能我们的世界从来都不是真实的，一颗颗上帝粒子真正带我们揭开宇宙真正的面纱。 |
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