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量子力学三大诡异现象,一个比一个“奇妙”,你能理解多少?

纵观人类的发展历史,近几百年是人类发展极为迅速,简直跟做“火车”一样。而在人类发展迅速的重要一环就是物理学两大支柱之一的量子力学。别看量子力学的作用不小,但其抽象概念和违法直觉让人抓狂,就连爱因斯坦和玻尔都无法理解,子物理学大师费曼也曾说过:“没人能理解量子力学”。

在量子的世界中的确有着很多违反人们直观感觉的现象,这三大诡异现象一个比一个“奇妙”,你能理解多少?

诡异现象1:态叠加原理和坍缩

量子力学的第一个诡异现象叫做态叠加原理和坍缩。一个物体在某个时刻,一定会处在某个固定的状态。比如某人要么在客厅里,要么在房间里,两者必居其一。但在量子力学里就不一样了。微观粒子可能处在叠加态,这种状态是不确定的。

例如电子有可能在A点存在,也可能在B点存在。但你一观察,这个状态就坍缩了,她就从原来的,在客厅又不在客厅的叠加状态,一下子变成在客厅或者不在客厅的唯一的状态了。所以量子力学怪就怪在这儿:你不观察它,它就处于叠加态你一观察,它这种叠加状态就崩溃了。

诡异现象2:薛定谔的猫

“薛定谔的猫”是奥地利著名物理学家薛定谔提出的一个思想实验,是指将一只猫关在装有少量镭和氰化物的密闭容器里。

薛定谔的实验:

把一只猫放进一个封闭的盒子里,然后把这个盒子接到一个装置上,这个装置包含一个原子核和一个毒气设施。原子核有百分之五十的可能性发生衰变,衰变的时候就会发射出一个粒子来,这个粒子一发出来就会触发毒气设施,毒气一触发就会杀死这只猫,就是说猫也处于这种既死又活的叠加状态。这是他想象中的一个实验。

这个问题一提出来,物理学家一个个都惊呆了,原来以为只有微观世界才有这种态叠加,就是状态不确定,既处于这个状态,又不处于这个状态。现在宏观世界也一样了,猫不就是这样吗?有一只既死又活的猫。

这与我们的经验严重违背。这个实验实际上就是“女儿在客厅里,女儿不在客厅里”变了个样子说出来。这个猫是死了还是活着?既死又活是同时存在的,量子力学认为两者同时存在。

那么怎么可能既死又活同时存在呢?人不能想象这种状态,于是大家就把这个实验进一步讨论下去。据讨论得知,量子理论很确定,这是毫无疑问的,如果没有揭开盖子没有观察,那薛定谔的猫的状态是死与活的迭加,这只猫永远处于同时是死又是活的迭加态。这与我们的经验严重违背

诡异现象3:量子纠缠

在量子力学的诡异现象中,最难以理解的莫过于量子纠缠。量子纠缠指的是,通过某种方式制备出来的两个粒子,它们无论距离多远,都会相互关联,具有一种“超距作用”。

如一个零自旋中性Π介子衰变成一个电子和一个正电子并互相反向远离,在一边的A测得电子带有某个方向的自旋,另一边的B就会测得正电子具有反向的自旋。根据量子力学的哥本哈根解释,在AB观测这对粒子之前,它们的状态是不确定的,处于一种上旋和下旋的叠加态之中。在AB任意一方测量的时候,两个粒子瞬间坍缩成确定的自旋状态。

但这种解释是违反物理学中的定域性的,为此爱因斯坦、潘多尔斯基和罗森提出了著名的EPR悖论,来反驳量子力学的这种解释。后来物理学家贝尔提出了贝尔不等式,它是EPR悖论的具体数学形式。如果爱因斯坦是正确的,那么按照贝尔的假设做实验,实验结果应该满足贝尔不等式。但后来的众多实验表明,量子纠缠的行为是违反贝尔不等式的,量子力学是正确的,处于纠缠态的粒子的确有着某种鬼魅般的超距作用。

目前,物理学作为自然科学的两大支柱之一,在众多学科之中,物理学越来越重要。但是对于大多数人来说,物理是最难的学科。其中抽象的概念、物理原理,令许多孩子苦不堪言。

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