量子物理学引发奇谈怪论：薛定谔的猫

量子物理学引发奇谈怪论 薛定谔的猫量子物理学引发奇谈怪论 薛定谔的猫 组图组图 导读导读 量子论被公认为是科学史上最成功的 被实验结果符合最好的理论 但另一方面 它却和人类日常生活的经验如此格格不入 在量子世界当中 会出现 量子纠缠 平行宇宙 等神奇的状态 量子纠缠 示意图 当转动一个粒子 则与它处于纠缠状态的那个 也会相应转动 著名剧集 星际迷航 中的 时空穿梭 过程 可以用 平行宇宙 理论来解释 漫画家笔下的 薛定谔的猫 猫真的会处于 既是活的 又是死的 状态吗 量子论被公认为是科学史上最成功的 被实验结果符合最好的理论 但另一方面 它 却和人类日常生活的经验如此格格不入 如今 很多实验物理学家还在验证这一理论在 80 年前所做的基本假设 物理学家们 依然还在为这个理论头疼不已 著名物理学家费曼就曾说 我敢肯定 现在没有一个人 能够懂得量子力学 尽管已经走过百年历史 它还有无数的谜尚待解开 微观与宏观 水火不兼容微观与宏观 水火不兼容 物理学家常常会说 传统物理学认为如何如何 量子物理学则认为如何如何 或者 客观现实中如何如何 但量子世界里却如何如何 这样的 鬼话 量子物理学家告诉 我们 物质在被测量之前是不确定的 不确定性 是量子世界的基本法则 观测 是 在不确定的量子世界和确定的现实之间转化的关键 那么 神秘的量子世界和日常的现实 世界到底能否兼容呢 在经典极限情况下 通过合理的近似 量子理论可以自动过渡到经 典世界的物理理论 但如何描述这两个世界的交界面 成了量子论过不去的一个坎 直到 现在 理论物理学家仍然未能将两者恰当地联系起来 哥本哈根学派 认为 物质在被观测之前 是处于一种不确定的叠加态的 为了反 驳这种观点 证实量子力学在宏观层面是不完整的 德国物理学家薛定谔设计出物理学史 上最著名的动物 薛定谔的猫 这是一个思想实验 不透明的箱子里装着一只猫 箱子中另外还有一个原子衰变装置 原子会随机发生衰变 一旦衰变发生 就会激发一系列连锁反应 最终打破箱子里的毒气 罐而毒死猫 反之猫则活 在打开箱子观测那一瞬间之前 原子的衰变和猫的死活都处于 一种叠加态 只有当打开箱子的一刹那 猫的死活才确定下来 所以 在打开箱子之前 猫既是死的 又是活的 问题是 现实中的猫怎么可能是 既死又活 的呢 我们的常识 中 猫要么是死的 要么是活的 量子论无法解释现实世界 这成了量子论无数个困惑之 谜中最神秘的一点 薛定谔的猫 出现之后 物理和哲学界就客观世界和人的意识的决定因素产生了一 场大讨论 如果人的观测能决定猫的生死 那是否人的意识也会决定客观世界的走向呢 同一个世界 很多个宇宙 同一个世界 很多个宇宙 虽然我支持在无数个宇宙中存在着无数个 Sheldon 的 平行宇宙理论 我还是像 你保证 没有任何一个宇宙中的我会和你跳舞 生活大爆炸 中 宅男 Sheldon 这么回复美女 Penny 的邀舞请求 为了解决与现实世界兼容的问题 无数物理学家尝试了各种理论 最著名的恐怕就是 上世纪 50 年代兴起的 平行宇宙 多世界理论 支持这个理论的科学家认为 薛定谔的猫 实验中 箱子在被打开观测之前 与其 说猫处于一种既死又活的状态 不如说这只猫同时处于不同的 宇宙 中 有的 宇宙 中猫是活的 有的 宇宙 中猫是死的 听起来是不是很奇怪 但这个理论的确成功避开 了很多问题 将微观和宏观世界联系在了一起 然而 即使到现在 这个理论依然如此前卫 令人无法理解 最近 20 年间 它才开 始受到人们的关注 并成为量子力学的热门理论 霍金甚至将这一理论用到解释时空旅行 中 因为平行宇宙的存在 时间线产生了分叉 出现了多重 历史 人们因此可能可以 进行时空旅行 这一解释也解决了此前人们在时空旅行中关于 杀死过去的我 的悖论 现在 多世界理论 演化出的 时空穿梭 已经成为很多科幻作品中的主题 但这 个理论完全是严格遵循数学方程演化得来的结果 其前提认为所有 宇宙 都包容在同一 个 时空 中 而这个 时空 是多维度的 霍金所提出的进行 时空旅行 的 虫洞 目前只存在于理论层面 还没有任何物理证据证明其真实存在 量子纠缠 挑战光速量子纠缠 挑战光速 量子纠缠 现象是说 一个粒子衰变成两个粒子 朝相反的两个方向飞去 同时会 发生向左或向右的自旋 如果其中一个粒子发生 左旋 则另一个必定发生 右旋 两者保持总体守恒 也就是说 两个处于 纠缠态 的粒子 无论相隔多远 同时测量时 都会 感知 对方的状态 那么 这两个粒子如何实现瞬间的沟通 这种感知是否是超光 速的 这是否违背了相对论呢 在量子力学中 微观物质很可能的确展现出和日常生活中的常识相悖的情况 在物 理世界中 某些定义的速度是可以超越真空光速的 但是到目前为止 还没有一个可以让 人信服的实验结果支持 物理信号可以超越真空光速 这一论断 中科院量子信息重点 实验室副主任周正威强调 在现实世界中 不可能在人和石头之间建立某种感应 不经接触就令石头发生改变 但瞬间感应可能发生在量子世界中 爱因斯坦不满地将 量子纠缠 称为 遥远的鬼魅行 为 20 世纪下半叶至今的各类实验中 不断有人证实各种超光速现象的出现 1982 年 巴黎大学的物理学家证实 亚原子粒子在向相反方向发射后 在运动时依然可以彼此互通 信息 2008 年 日内瓦大学的物理学家再次进行类似实验 这次 两个相互感应的粒子距 离超过 17 千米 奥地利科学家蔡林格 Anton Zeilinger 甚至在两个相距 144 千米的岛屿 之间观测到光子的量子纠缠现象 尽管如此 依然没人能让物理信号超越光速 量子论不是量子论不是 绝对真理绝对真理 量子论是 20 世纪出现的最成功的理论 它和相对论成为现代物理学的两大基石 但 这两个基石之间却互不包容 又都不完整 相对论很好地解释了时空扭曲等问题 改变了 人类的时空观 量子论的各种假设虽然不断被实验所证实 它或许也能帮助人类理解宇宙 为何凭空而生 但却始终没法解释量子世界和宏观世界的交界面上所发生的一切 为了将量子论和相对论结合起来 理论界出现了如 量子引力 超弦 等更加复 杂难懂的理论 可以肯定 如果将来出现一个能替代量子论的理论 它必定能首先解释 为什么现有的各种实验能够如此符合量子理论 费曼曾说 我们要记住 或许有一天量子理论会被证明是失败的 因为它和我们日 常的生活经验 哲学是如此地不同 而理论物理学家曾