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注册送怎么注册账号·4分钟秒懂薛定谔的量子力学
作者:未知    点击数:1109    更新时间:2020-01-11 16:11:58

注册送怎么注册账号·4分钟秒懂薛定谔的量子力学

注册送怎么注册账号,尽管猫主子就是你的一切,但要说它能带你理解量子力学,你恐怕一时难以接受。

但是仔细想想你就能发现:“猫,是最具有量子属性的一种宏观世界的生物。”

举个例子。

你每天下班回家,你将有可能面对两种有天壤之别的场景——

有些时候,你的猫乖巧地在门口等你,蹭蹭你的腿,你简直愿意把全部工资上缴给主子买粮食买玩具。

但另一些时候,迎接你的是烂掉的耳机线、摔碎的玻璃杯、爆出棉花的沙发一角,以及你恨不得一脚踹飞的猫。

它还一脸“不怪我是它们先动手”的无辜表情。

而整件事最微妙的一点在于,在你每次打开家门的瞬间之前,你都无法确知,今天你的猫是天使还是魔鬼。

如果用量子世界的语言来说,那么你家的猫在你开门之前,处于天使与魔鬼的叠加态。

你想到了什么?

薛定谔的那只既活又死的猫,也是如此。

在封闭不透明的盒子里放一只猫,再放入一个放射性原子。盒子里还有一个检测原子衰变的装置,与毒气释放装置相连。

这个原子有衰变的几率,如果衰变就会触发检测装置,进而触发毒气装置释放毒气,猫就被毒死;如果原子不衰变,猫就继续活着。

这个略显残酷的思想实验,其实是薛定谔对量子力学中哥本哈根学派的反击。

双方的 battle 是这样的——薛定谔创建了波动方程,能够严谨而自恰地解释微观粒子系统,著名的薛定谔方程在量子物理中的地位,如同宏观物理中的经典力学牛顿三大定理一样重要。

薛定谔认为,波函数是空间分布函数,微观粒子就像波一样,在空间中按照波函数的规律排列。

哥本哈根学派的代表人波恩却不这么看。他将波函数视为随机的概率,它代表的不是微观粒子的具体位置,而是在某个位置出现的概率,这些概率形成的概率波按照波函数发展。

可是,物理学的终极意义就是找到解释世界的规律,怎么能容忍掷骰子一般的随机概率?

薛定谔对“哥本哈根诠释”很不满,于是要用薛定谔的猫来证明这种诠释的荒谬性:你们不是说原子的衰变是随机的,原子处于既衰变又不衰变的状态吗?那就会有一只既活又死的猫咯?这怎么可能!猫的状态肯定是要么活,要么死,并且在我们打开盒子之前就被决定好了。

而对此,“哥本哈根诠释”如是说:“在被观测之前,量子的属性处于不确定状态,即所有属性的可能性的叠加态;而在对量子进行观测的瞬间,量子的叠加态塌缩为一种结果,即变为固定态。”

“哥本哈根诠释”如今已是量子物理学界的主流,也是大学教育中最常用的诠释。

你家的猫比你更理解这种诠释,要当天使还是魔鬼完全随机,主要看心情。

上帝和你家的猫,可能都会掷骰子。

难道就没有一个办法,能让你养的猫永远保持在天使的状态,永远可可爱爱吗?

宏观世界里恐怕是没有什么招儿了,我们或许可以从量子世界的芝诺效应找找灵感。

我们都知道经典的芝诺悖论:一支飞行中的箭在任意时刻,都在空中某个固定的位置静止,因此“飞行”这一运动过程成了所有静止瞬间的集合。

量子芝诺效应则是科学研究表明:当观测者用足够高的频率观测微观粒子,它就不会衰变而始终保持其初始状态。

所以,你也可以做这样的尝试:当你打开家门,发现你的猫今天乖巧可爱,那你接下来就什么也别干了,开始频繁地开门关门,一秒钟也不要停!这样持续观察,你的猫就持续可爱了——

先别急着去尝试!

必须要提醒你,量子世界还有反芝诺效应。也就是说,如果观测速率过高,反而会加速微观粒子的衰变。

这在宏观世界就更好理解了:如果你没把握好节奏,过于频繁地开关门,挑逗你家主子,它可能就要原地炸毛了。

好了,理论已经齐备,快去实践吧。养猫的读者走好不送……

而留下继续往下看文章的猫奴,恭喜你们尚存理智。

如果你真的去试了,在邻居报警之前,你的猫就会因为嫌弃你过于沙雕而离家出走了。

这也提醒了我们一个基本道理:量子世界和宏观世界遵循不一样的规律。想给两个世界寻找一个统一的世界观和方法论,还面临着很大的困难。(不过前沿物理学家们目前还没有放弃找寻大统一理论的努力,甚至可以说这是他们的终极目标。)

宏观世界的运行法则到了量子级别的微观世界会失效,因此才会产生许多在我们看来不可思议的事情:

比如,原子粒子可以同时出现在两个地方(比如粒子位置可以处于叠加态|1>+|2>,即这个粒子既在位置1又在位置2,既不在位置1又不在位置2)。

比如海森堡不确定性原理:一个微观粒子的两个物理量(如位置和动量、方位角与动量矩、时间和能量等)不可能同时具有确定的数值,其中一个量越确定,另一个量就越不确定。

再比如,把两个处于纠缠状态的粒子分开无论多远,对其中一个粒子做什么的时候,另一个也可以同时感应到……

而反过来,在微观世界中能够保持的量子特性,转换到宏观世界后就会消失。这种现象叫作退相干。目前退相干的过程还没有被研究清楚,这也是现今量子计算机面临的主要挑战:保护敏感的量子状态不受退相干影响。

所以现实就是这样残酷:虽然你现在对量子世界多懂了一些,但你仍然找不到降服你的猫的方法。

猫奴们,放弃妄想吧。猫其实是游离于宏观世界与微观世界之外的通灵神物,你主子永远是你主子。

什么?你还不死心?

那你可能更愿意相信量子学派中的“多世界诠释”。

由埃弗里特率先提出的“多世界诠释”,与前面提到的“哥本哈根诠释”完全相反。他是薛定谔方程的拥趸,认同波函数是实体,量子的运动都可以由薛定谔方程描述。

埃弗里特把待观测的量子系统与观测仪器视作整体,量子测量的过程就是系统与仪器之间的相互作用。在进行测量时,这种相互作用并不会发生塌缩,而是使波函数分裂成不同的项,在每一个项中,观测者只能看到与自己观测结果一致的世界,而对与其观测结果不同的世界无从得知。

如今,我们已经从无数的文学影视作品中看过这个概念:平行世界。

具体来说就是:每次你打开家门的瞬间,你的家就分裂成两个,你的猫也分裂成两只——

高兴不?一下子多了一只猫?

没什么可高兴的,因为你也分裂成了两个你。其中一个你看到天使态的猫,另一个你遭遇魔鬼态的猫。

而这种分裂会持续下去,你的每一次选择都会分裂出新的世界,于是无限种可能性同时存在:你和猫从此过上幸福的生活;猫咬了你而它刚好携带狂犬病毒;或者你们身处一个被猫统治的世界,你其实是猫的宠物……细思恐极。

是不是更要珍惜你现在的猫主子了?

责任编辑:匿名 
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