自在睡觉
2023-09-03 20:15
![]() ![]() ——朱清时 ![]() 我们都是薛定谔的猫 微观世界的波粒二象性 一个电子可以同时位于两个不同的地点A和B,既在A,又不在A。电子的状态是“在”和“不在”两种状态按一定几率的叠加。 (1)所有的能量发生是在叫做“量子”的离散包中; (2)物质由点粒子代表,但是发现点粒子的概率由一个服从薛定谔波动方程的波确定,波函数给出在特定状态下发现物体的精确概率; (3)在进行观察前,物体可以同时以各种可能的状态存在。要确定物体处在什么状态,必须进行观察。观察使波函数“消失”,物体进入确定状态,即塌缩。 量子力学及其“哥本哈根诠释”是人类历史上最成功的物理理论之一,然而却长期饱受争议。 “观察难题” 什么是“观察’”?为何它会把系统从叠加态变成一个确定态?如果是一条狗或是一只苍蝇来观察也会引起这种状态的改变吗?如果空气中的一个分子与系统发生相互作用又会如何呢? 这种情况每时每刻都在发生,但我们通常却不把它视为一种可以影响系统结果的观察。人对系统状态有意识的观察具备什么特殊的物理意义? 观察通常指对一个系统进行测量,从而获得该量子系统的某些物理量的取值。观测概念在经典物理学中与量子力学中有很大的不同。 在经典物理学中,观察不会对被观测的系统产生影响,即被观察系统的状态在观察前后是不变的。 但在量子力学中,观察过程会对被观察系统的状态产生影响,即观察过程会导致被观察系统的状态坍缩成一个确定的状态。 在量子力学中,粒子的状态可以由一个数学函数表示,称为波函数。 波函数包含了有关粒子位置、动量和其他性质的信息。 当我们对粒子进行观察时,波函数从一个包含多个可能状态的叠加态,变为一个确定的状态,称为波函数坍缩。 例如双缝干涉实验观测: 一个电子飞向A和B两道狭缝,落在后面的荧光屏上,在荧光屏上打出一个光点,这说明它是个粒子; 一个个地发出许多电子,它们逐一在荧光屏上打出光点,诡异的是,这些观点竟然组成了一组干涉条纹,而且条纹结构与狭缝间距有关。 这说明每个电子是同时穿过两道狭缝,自己与自己干涉,然后按几率随机地落在荧光屏上。 为了观察电子每次究竟穿过哪个狭缝,每当物理学家们在两个狭缝口放上两个粒子探测器时,奇怪的事发生了∶ 这时两个电子探测器从来没有同时响过,并且干涉条纹立即消失,这说明电子总是穿过两条狭缝之一。 无论我们使用什么测量方法,一旦要观察电子通过哪条狭缝,就都是这个结果。 这就是说,当我们对电子的状态进行'观测’时,电子的'叠加态’不复存在,而是'坍缩’到'在A’,或是'不在A’,两个状态的其中之一。 “薛定格的猫” 薛定格提出了一个想象的猫实验 : 把一个放射性原子放在一个不透明的箱子中,让它保持这种衰变与不衰变的叠加状态。 在箱子里放一种结构巧妙的精密装置,每当原子衰变放出一个中子时,它就激发一连串连锁反应,最终打破箱子里的一个毒气瓶,把同时在箱子里的一只猫毒死。要是原子没有衰变,那么猫就活着。 按照几率解释,我们没有观察时,那个原子处在衰变与不衰变的叠加状态。因为原子的状态不确定,所以猫的状态也不确定,只有当我们开箱察看,状态才最终确定,要么猫死掉,要么它活着。 在箱子没有打开之前,这只猫处在同原子一样处在叠加态:同时既死又活。 这样一来,就不仅微观粒子是没有确定状态,因此猫也没有确定状态。 它活着同时又死了,这与常识太不一致。 薛定格原想用这只猫的不可思议,来说明微观世界的荒谬,没想到经过八十余年的激烈争论,却发现我们的生命和宏观世界也是这样不可思议。 “无限后退”状态 薛丁格在密闭的实验室里作观察,知道电子出现在A还是B、猫是死是活;然而我们在实验室外面的人处在认为薛定格本人只处于“知道猫死了”和“知道猫活着”的叠加态。 当薛定格本人用语言告诉时,我们才知道猫是死的还是活的。否则我们也同薛定谔一样进入了叠加态。 语言即意识。当我们用意识参与,可以使薛丁格的叠加态塌缩为一确定状态。
叠加态是人脑的工作模式:总是把有关的所有可能发生的情况放在一起同时考虑。 例如我们吃饭的时候,总是先同时想到食堂所有可能卖的东西。 一般地,当观察一个系统时,大脑先产生一个包含所有可能结果的叠加态,随后再塌缩到一个确定状态。 在作电子双缝实验时,大脑首先下意识地进入电子的叠加态:“电子既在狭缝A,又在狭缝B”。 随后大脑产生意念:就餐时才决定只买米饭;观察时才想知道电子究竟是在在狭缝A,还是在狭缝B。 这个意念把电子与我们的眼睛(或者观测仪器)强行分割开来,成为两个对立的系统,变成你去观察电子,结果使电子本身的纠缠也分开了,变成电子或者出现在A,或者出现在B,二者选一,不再干涉。 然而正如冯·诺伊曼所指出,“观察难题”中包含的困难是:如果我在进行观察,又是什么确定我自己在什么状态呢? 这意味着必须有别的人(称作“魏格纳的朋友”)在观察我,使我的波函数消失。但是这也意味着必须有人观察魏格纳的朋友,以及魏格纳的朋友的朋友,等等。 这个“无限后退”过程的最终结果有两个: 要么整个宇宙从未塌缩过,仍然处于量子不确定状态,即存在“平行宇宙”; 要么这个观测链最终导致上帝存在:由于他在观察,才使宇宙处于确定状态。 ![]() 多世界诠释与平行宇宙 ![]() ![]() 平行宇宙中的人生 |
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来自: 为什么73 > 《天下无疾--得-正一等等》