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量子世界的4个神奇现象唯心主义的证明?

Published / by 罗本芳

  19世纪末,英国物理学家开尔文把两个经典物理无法解释的实验–迈克耳孙-莫雷实验和黑体辐射实验称作物理学晴朗天空中的两朵乌云。

  19世纪末,英国物理学开尔文把两个经典物理无法解释的实验–迈克耳孙-莫雷实验和黑体辐射实验称作物理学晴朗天空中的两朵乌云。而这两朵乌云,直接导致了现代物理的两大支柱的诞生。

  对论和量子力学作为现代物理的两大支柱,它们描述的宇宙已经远远超过了人们的常识。其中量子力学更是连它的发明者们都难以正确把握。以下就由小编来介绍量子力学所描述的微观世界的4个神奇现象,看你能理解多少?

  普朗克在解释黑体辐射时,把黑体辐射的能量假设为一份份地传递,认为黑体辐射出来的能量具有最小的单位,提出了量子的概念,这是量子力学的开端。爱因斯坦在解释光电效应时,把量子的概念推广到光身上,提出光同时具有波的特性和粒子的特性–即波粒二象性。其后德布罗意提出了实物粒子(如电子、中子)也具有波粒二象性,由改变了人们对微观粒子的认识。

  如今量子力学认为,构成世界的物质,如中子、质子、电子等,都具有波粒二象性。也就是说,像声波一样以同时蔓延至整个空间的特性,以及像网球一样只能存在于确定位置的特性,同时存在于粒子身上,根据实验手段的不同会表现出不同的特性。

  物质具有波粒二象性。物理学家认为,物质会在没有被观测的时候呈现波动性,在被观测时呈现粒子性。根据量子力学的正统诠释–哥本哈根诠释,物质在没有被观测时会以波函的形式布满整个空间。当试图观测物质时,这种观测行为会使波函立即坍缩为一个粒子,出现在空间中的一个位置。

  这样的奇怪说法也引起了人们的疑惑:这种说法是否有唯心主义的嫌疑?月亮也是由微观粒子组成,所以当没人看着月亮的时候,月亮是以波的形式充满整个宇宙的?当看月亮的时候它立即坍缩到天空中确定的位置?在这样的观点下,似乎是我们的意识决定了事物的状态。、

  不确定性原理说的是粒子的位置与动量不能同时测准。当粒子的位置测得越准确,测量它的动量误差就越大,反之亦然。在以,不确定性原理曾被翻译为测不准原理,测不准的说法似乎在暗示,测不准是因为技术不够进。是后来人们认识到,测不准是因为微观粒子本身并不具有确定的位置和动量。

  如果把微观粒子看作一个小球(像网球一样),不难理解它是具有准确的位置和动量的,只是未能测准,这也是爱因斯坦的观点。而如果接受第一点波粒二象性和第二点观测使波函数坍缩,就会明白,观测之前根本没有一个粒子存在,因此也没有粒子的位置和动量存在,这是波尔的观点。爱因斯坦和波尔就粒子到底是未能测准还是不能测准而展开了漫长的争论。如今物理学界的观点倾向于波尔一边,是观测的行为使得物质以粒子的形式表现在我们的眼前。而粒子的位置和动量,好像是有着某种准确度守恒,测量某个值越精确,另一个值就越不精确。

  两个由于某些机制而发生耦合的粒子,分开后,它们朝相反方向互相远离。根据量子力学的描述,无论它们相隔多远(哪怕是好几光年),它们的相互联系仍然存在。当观测其中一个粒子,就会改变粒子的状态,而另一个粒子会立即响应,也做出相应的状态改变。

  这种瞬时的响应,被爱因斯坦讽刺为鬼魅般的超距作用,因为它们之间的联系是超光速的,违反了相对论中信息传播速度上限为光速的限定。

  在爱因斯坦逝世后几十年,学家做出实验证实了这种鬼魅的超距作用的确存在。尽管这种作用无法用于传递信息,严格来讲并没有违背相对论,但它们的联系的确是瞬间的。不知爱因斯坦如果仍在世会作何感想。