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论现实的本质,量子世界里或许隐藏着现实的本质

光,到底是粒子还是波?问题的答案很可能隐藏着现实世界的本质。

托马斯杨在两百多年前做了一个著名的实验,双缝实验,证明了光以波的形式存在,同时也反驳了牛顿提出的光粒子说。

到了20世纪,物理学更进一步,证实了光是由不可分割的能量单位组成,称之为“光量子”或者“光子”。

但是对于托马斯杨的实验,如果把光换成单个的光子(电子或者其他微观粒子)时,就会出现一个令人费解的现象,这个现象牵扯到了现实的本质问题。

这就是著名的双缝干涉实验。

实验的过程是这样的,当科学家朝两条狭缝一个一个地发射单个光子时,光子本身好像同时穿过了两条狭缝一样,自己与自己发生了干涉行为,狭缝后面的屏幕上出现了明暗相间的干涉条纹。

把光子换成电子,也会出现同样的情况。

这种现象很难用经典物理来解释:一个电子怎么可能同时穿过两条狭缝呢?

于是物理学家试图用数学的方式加以诠释,认为同时穿过两条狭缝的并不是物理意义上的粒子或者波,而是一种抽象的波函数,波函数代表着光子(电子)的状态,表现出来的就像波。

而人们的任何测量行为都会导致波函数坍缩。

正是“波函数坍缩”的行为让物理学家们苦恼不已。光子(电子)就好像知道有人要观测一样,在没有观测的时候表现出波的特性,而一旦人类进行观测,就会表现出粒子的特性,干涉条纹消失。

有物理学家就提出了这样的观点,比如海森堡就说到:在任何观测之前是不存在所谓的现实的。

但是,这里有一个最大的问题:到底什么才是观测行为?似乎没有人能给出准确定义,量子力学也是解释不清楚的。

人类的任何测量装置都是宏观的,但宏观与微观到底有没有界限?

有人甚至认为所谓的观测就是人类的意识行为,人类的意识会导致波函数坍缩。于是就出现了“意识是物质世界的基础”这种观点。

波尔等哥本哈根学派的诠释是这样的,波函数坍缩的本质其实就是量子世界的不确定性,一切都是随机行为,而任何观测行为都会让不确定性转移到确定性(本征态)。

随着量子力学的不断发展,人们对波函数坍缩有了更多认识,上世纪80年代,有科学家发现量子世界里的微观粒子数量越多,发生坍缩的可能性就越大,而观测行为只是发现了结果而已。

同时,微观粒子的质量大于某一个特定值(阈值)时,粒子就不能同时穿过两条狭缝,就不会发生干涉。

举个极端的例子,你朝两条狭缝发射玻璃珠,当然不可能同时穿过两条狭缝。

物理学家罗杰斯认为,因为物质质量越大,越容易发生坍缩,这种情况并不需要任何观测行为,与意识也没有关系。

宏观世界的现像我们很容易理解,但到了微观世界,一切都会变得如此不同。最大的问题还是:电子为何能同时穿越两条狭缝?而当人们在狭缝后面进行观测,想看看电子到底是如何同时穿越两条狭缝时,结果电子只会选择通过一条狭缝。

很明显,微观世界表现出来的现实并不“现实”,那里的一切似乎都是模糊的,正如量子力学的本质那样,都是不确定的,一切都只能用概率描述。

虽然我们每天看到的现实世界非常确定,比如说,你我每天都能看到太阳东升西落,但考虑到宏观世界说到底还是由微观粒子构成的,这意味着无论是宏观世界还是微观世界,都应该拥有相同的大自然法则。

但事实上并非如此,起码目前来看,两者有很大不同,甚至有本质不同。

那么,我们熟知的现实真的存在吗?现实的本质真的像量子世界那样不确定吗?

或许正如物理学家德布罗意的物质波概念描述​的​那样:万物皆波!

你我皆有波长,皆是波,但由于波长非常非常短,表现出来就是粒子行为,表现出来确定性。而微观粒子波长相对很长,更容易表现出来波的特性,表现出不确定性。

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