我们要是放眼整个科学界的发展,能够发现,好像所有的科学理论都是毁三观的。
比如说伽利略曾经做过的自由落体实验,大家都认为重的铅球先落地,可是实验结果却并不是这样的。
可以说,类似这样的例子,在整个科学界比比皆是。
薛定谔猫实验最初由薛定谔在1935年提出,目的是说明量子态叠加原理。
实验设置是,把一只猫关进一个不透明的盒子里,同时在盒子里放置一个装有放射性物质的装置。
这个放射性物质有50%的概率在一小时内衰变,衰变时会触发装置打破一个瓶子,释放出可以使猫死亡的氰化物。
根据量子力学,在观测之前,放射性物质既处于衰变态也处于不衰变态,直到打开盒子观测才能确定它的状态。
同理,在不打开盒子观测前,猫也应该处于叠加态——既死又活。
这个思想实验把微观量子态的不确定性通过宏观的生死问题表现出来,揭示了观测行为对量子状态的影响,引发了物理学家对量子力学解释的热烈讨论。
薛定谔本意是想用反论说明量子叠加态在宏观尺度的荒谬性,但事实上它却推动了对量子理论的深入理解。
而这一思想实验当时颇具争议,理论上的猫既生又死的状态看似荒谬,挑战了人们对生命与死亡的常识认知。
薛定谔猫实验揭示,在没有观测之前,微观物体可以处于多个状态的叠加,这一理论奠定了量子力学测不准原理和观测者效应的基础。
后来,人们运用“薛定谔的猫”这个概念,比喻我们生活中许多似是而非的状态,只有采取行动去观测,才能揭示其本质。
比如,你收到一封匿名邮件,里面说你的爱人在出轨,你对此深信不疑,但又无法确定邮件的真实性。
在你采取行动揭示真相之前,你的爱人在你心中就是“薛定谔的猫”,既可能出轨,也可能忠贞,只有亲自调查,你才能知道真相。
“薛定谔的猫”启发我们,在面对未知时,不要被表面的假象迷惑,要敢于探索事物的本质。
同时它也警示我们,自己的观察行为会改变被观察对象的状态,我们需要审慎对待观测与解释,时刻关注观察者的局限性。
一个科学隐喻在80多年里不断激发思考,是它独特魅力的最好证明。
日常生活中,我们都知道物体要想飞过一个障碍,就必须跨越这个障碍,或者绕过它,否则将被阻挡在障碍物后面。
但是在量子世界里,微观粒子却可以直接穿过势垒,而这种现象也就被称为隧穿效应。
这就好比明明你把房门锁得严严实实,隔壁的王老板却可怕地出现在了你的客厅。
隧穿效应意味着,即使势垒的高度大于粒子的能量,粒子仍可穿过势垒,这在经典物理学里是不可能的事,但用量子力学却可以解释。
比如,一个人也是由微观粒子组成的,理论上讲,一个人确实有极小的概率可以穿墙而过,但在现实中,这种事件从未发生过。
有科学家估算,如果一个人每秒试图穿墙一次,可能要经历上亿次宇宙毁灭,才能成功一次,这也就说明人穿墙的概率虽不为零,但却极其微小。
有科学家用一个简单的类比来说明这个问题:设想一个足球运动员面前有一堵很高的墙,根据经典物理学,如果足球的速度不够快,就无法飞过墙顶。
但是在量子世界中,这个运动员手里的不再是实心的足球,而是一团模糊的波,所以它可以以各种形式“漫溢”出墙外。
对我们普通人来说,理解这种完全颠覆直觉的理论困难重重。
但随着科技的进步,隧穿效应已成为我们生活中不可或缺的一部分,比如隧道二极管就是应用了隧穿效应的电子器件,它广泛应用于放大器、开关电路等领域,还有扫描隧道显微镜,利用了电子隧穿效应来研究表面结构与形态,分辨率远高于传统光学显微镜。
巴纳姆效应这个术语是在20世纪50年代由心理学家提出的。
它指的是,人们普遍倾向于认为一些笼统、模糊的个人描述或指导,具有针对性和准确性,即使这些描述实际上可以适用于大多数人。
这个效应的名称来源于19世纪的马戏团掌门人巴纳姆,他擅长包装一些普通的表演,让观众觉得那是十分神奇和稀有的事物。
比如说,展示一只会算数的猪,或者一个长得很高的人。
巴纳姆经常这样说:“每分钟都有一个傻子出生”,他的意思是,总有人会被这些普通的东西骗到。
20世纪50年代,心理学家对巴纳姆效应进行了验证,他们制作了一些适用于任何人的笼统性格描述,然后告诉受试者这些描述是根据他们填写的问卷专门生成的。
结果发现,大多数人都认为这些描述很准确地反映了自己的性格。
这就是典型的巴纳姆效应,巴纳姆效应说明,当一个评估或描述遵循一般规律时,不同的人会倾向于认为它针对自己而言是准确的,即使实际上这个评估或描述对大多数人来说都适用。
这说明我们对自己的认知存在系统性偏差,当我们接收到一个笼统的描述时,我们更倾向于聚焦于描述中与自己相关的那一面,而忽略它广泛的适用性。
巴纳姆效应也可以解释为什么那么多人相信算命先生的预测。
明明算命所用的“八字”计算方法对所有人都一样,但不同的人却常常觉得算命结果如数家珍、准确无误。
这主要是因为算命先生善于根据客户的性格、需求和情况作出一些模糊的预测,让客户自行解释和套用到自己身上。
比如对感情问题多加猜测,对钱财问题语带保留。客户自然会觉得似乎被算透了似的。
就好比,算命先生可能会说“您今年在感情和经济上都会有起色,但还需小心,以免财运被破坏。”
这种模糊表述,无论客户财运如何,都可以自圆其说,如果遇挫折,就说被破坏了财运,如果一切顺利,就记住前面的“会有起色”。
所以说,这个效应可以应用很广,也容易产生误导。
我们在生活中最好保持理性思考的习惯,对一切笼统的判断保持怀疑态度,才能避免被这种心理偏见所迷惑。
不确定性原理作为量子力学中的重要理论,一直以来都难以被科学家和普通人所理解。
当我们尝试去测量一个微观粒子的位置时,我们必然会对它造成一定的干扰,从而导致它的动量发生变化。
这种“测不准”的情形,似乎只是由于我们测量技术的局限造成的。
然而,随着科学实验条件的不断改善,人们逐渐发现,即使我们对一个量子系统干扰极小,这个系统中的粒子位置和动量仍然无法同时准确测定。
这似乎昭示着,不确定性原理并非测量误差,而是量子世界中固有的一种本质规律。
爱因斯坦极力反对这一观点,他坚信上帝创造的这个世界应当是有秩序和确定性的,不会容忍任何形式的随机性。
因此他断言,上帝不会掷骰子,不确定性原理只能是我们测量能力的局限,不能反映量子世界的本质。
而南丁格尔和波尔则支持哥本哈根诠释,认为粒子确实处于各种量子状态的叠加,必须用概率来描述。
随着各种实验结果的不断积累,波尔的主张得到了越来越多的佐证,物理学家们逐渐发现,即使采用越来越精密的测量手段,不确定性原理依然成立,这也使不得不他们重新审视这个原理的内涵,并逐渐认识到它很可能是自然界的一个基本定律,而不仅仅是测量误差造成的。
波尔讽刺爱因斯坦不要擅自替上帝做主,似乎预示着量子不确定性的终极胜利。
除了量子理论和相对论,20世纪的另一项重要发现——混沌理论,也揭示了世界的不确定性。
其中最著名的比喻就是“蝴蝶效应”,它阐述了一个观点:一只蝴蝶在巴西扇动翅膀,可能会在一个月后导致德克萨斯龙卷风的出现,这种微观与宏观的联动关系再次展示了世界中所蕴含的深刻不确定性。
面对这些颠覆性的发现,我们不应感到恐惧和失望,正如波尔所说,不要企图命令上帝应该如何创造这个世界,我们应该学会怀着敬畏和谦卑的心态去接受自然的奥秘,包括其中所包含的随机性和不确定性。
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