美文网首页闲时间想法
9 不确定的世界

9 不确定的世界

作者: 41da02806815 | 来源:发表于2015-04-18 11:24 被阅读91次

昨天我讲到世界不连续,那是因为世界有最小的能量单位“量子”,有最小的长度单位“普朗克长度”,有最小的时间单位“普朗克时间”。还有一点我找不到解释于是只好瞎想的为什么是0.9999999999……=1而不是0.999……9=1.

这是我们刚刚进入微观的世界。

而微观世界的奇诡性简直让人无所适从。

在1926年,德国科学学威纳·海森堡提出了著名的不确定性原理。内容是这样的:为了计算一个粒子未来的位置和速度,人们必须能准确地测量它现在的位置和速度。为了测量这个数据,我们就必须要找一把尺子。但我们现在的问题是,世界是不连续的,我们能找到的最小的尺子就是量子了,这东西相较于我们想要测量的东西还是太大,大到我们不可能不扰动我们想测量的粒子。

测量位置与速度的显而易见的方法是,将光照到这个粒子上,一部分光波被此粒子散射开来,由此指明它的位置。然而,人们不可能将粒子的位置确定到比光的两个波峰之间距离更小的程度——就像我们没办法用最小精度为厘米的尺子测出一个物体的精确毫米数。为了解决这个问题,我们就必须用短波长的光来测量粒子的位置——换用一把精度为毫米的尺子。

好了,问题出现了:光是不连续的,我们不可能用任意少的光来测量一个粒子。我们最少最少也要用到一个光量子。

我们用这个“巨大”的光量子去测量一个粒子,于是这个光量子就会扰动这个粒子,并以一种不能预见的方式改变粒子的速度。最大的问题是,如果我们想尽可能准确地测量此粒子的位置,我们就要用尽可能短的波长——精度高的尺子嘛。这样单独量子的能量就越大,粒子的速度就被改变得越厉害。

这就是说,你对一个粒子的位置测量得越准确,你对速度的测量就越不准确,反之亦然。

海森堡是这样讲的:粒子位置的不确定性乘上粒子质量再乘上粒子速度的不确定性,其结果不能小于一个确定量。这个量就是大名鼎鼎的普朗克常数。

如果你哪天穿越了,假设你会测算普朗克常数,你就能知道这到底还是不是地球所在的那个宇宙了,也就知道你到底还能不能回来——我是指常规方法,怎么回来怎么回去这种的不计算在内……好像这个笑话讲得有点牵强。

其实我们单看这个不确定性原理,实在是没什么可说的。它似乎并没有什么颠覆性的东西。这个不确定性原理发展到最后,人们在量子力学中不再给粒子定义能够被同时很好观测到的位置和速度信息,取而代之的是位置和速度结合的量子态——也就不过如此而已。

但事实不是这样的。

不知你们是怎么理解这个“不确定性原理”的,我在第一次接触到这个原理时,觉得,这不过只是没办法测量而想个办法糊弄过去而已。我那时候真的以为,所谓的不确定性,不过是尺子太大头发太小实在不好操作——换言之,我当时认为,头发确实是有一个真正的、确定的、无可辩驳的直径的,粒子也是同时有一个显而易见确定的位置与速度的——只不过我们没法儿测出来而不知道而已。

但这是错的。

粒子根本就不存在确定的位置与速度,它就是处于一个量子态。然后在被观察的那一瞬间,坍缩成为你想观察的那个态——位置或速度。

有个说法叫做“概率云”。粒子就像是一团云弥散在空间里,它是一个范围。当你观测它的一瞬间,它变成了一个实体。那个概率云就是粒子的量子态。这个所谓的“量子态”就是说,粒子也像光一样具有波粒二象性——既有波的性质,又有粒子的性质,因为它们都是一团被观察就会坍缩的“云”。

物理学历史上有个非常著名的实验,叫电子双缝干涉实验。

我们现在知道电子这种粒子也具有波粒二象性,我们将一堆电子发射向双缝时,它们会形成很好看的干涉图像——就像我们把光射向双缝而形成的五彩斑斓的色光一样。起初,我们以为这是粒子与粒子间形成的干涉,它们之间的相互影响使得通过双缝之后粒子们概率性地分布图谱上,形成了干涉图像。于是我们觉得,发射单个电子的话,图谱上应该就是一个小点了吧?然后我们再一个个地发射电子,经过一段时间之后,图谱上就会出现由一个个小点组成的干涉图像了对吧?

似乎无懈可击。

事实如何呢?我们控制着向双缝发射了一个电子,然后,形成了干涉图谱。

这意味着什么呢?意味着,我们发射的这一个电子,在同一时间通过了这两个缝隙。它自己与自己发生了干涉!

你想象一下,你扔出去一个篮球,结果它同时穿过了球场两边的篮筐……并且它真的是同一只球!

这就是粒子的波动性。

好了,我们承认粒子可以波动好不好?你再奇诡我承认好不好?那么这个电子到底是怎么同时穿过两个缝隙与自己形成干涉的呢?

然后人们在这个实验的基础上设计了另一个实验。我们在双缝两边各加了一个报警器,如果电子通过了左边的缝隙,左边的报警器就会响;如果通过了右边的缝隙,右边报警器就会响。如果两边都通过,两边都响。

很清晰吧?

那么再一次的实验开始了。

我们发射了一个电子,然后满心期待地希望听到两边报警器同时长鸣,希望再次在图谱上看到那幅熟悉而漂亮的干涉图像。

结果,只有一边响。

再发射一个电子,又是只有一边响。

实验在两边报警器完全随机地报警声中结束,拿来图谱一看,完全是杂乱无章的小点,丝毫看不出干涉的痕迹——完全的粒子性。

有没有觉得恐怖?双缝干涉本就是用来观测波动性的实验。你用它来观测电子,电子就完全显示了其波动性,粒子性一点影子都看不到。当你想看它到底是不是粒子时,你加了两个报警器,然后电子就有了纯粹的粒子性,之前展示的波动性就像根本不曾出现在世界上。

恐怖之处在于,似乎是,你想观察它什么,它就成为了什么。

而在没有观察之前,它就是一堆不可确定的量子态的云——它既是粒子又是波。

我讲这个你可能没什么意识,因为即便这玩意儿再惊悚再奇诡,它也不过是微观世界的表现而已。

但有一个实验,简单粗暴地将地这个量子态链接到了我们平时生活的宏观世界。

相关文章

  • 9 不确定的世界

    昨天我讲到世界不连续,那是因为世界有最小的能量单位“量子”,有最小的长度单位“普朗克长度”,有最小的时间单位“普朗...

  • 2019-08-25-得到-老喻的人生算法课

    真实世界是不确定的。具体而言,我们每个人都面对这两个不确定的世界:不确定的内心世界,和不确定的外部世界。 内心世界...

  • 用人生算法面对世界的不确定@三七读书荟

    世界是不确定的。 具体而言,每个人都面对着两个不确定的世界:不确定的内心世界,和不确定的外部世界。 内心世界的不确...

  • 不确定的世界

    世界本质上是不确定的,确定性只存在于人类思维之中,人类对确定性的追求来自于对不确定的恐惧。 面对未知的、不确定的世...

  • 不确定的世界

    今天又看到李松蔚老师的新文章了「重要的东西,务必要抓在自己手里」,每次看到他的文章总是忍不住立刻拜读,他总能发现一...

  • 不确定的世界

    到了年纪就知道一切无常。天下无不散之宴席,人有生老病死,夫妻可能离散,朋友也可能变成敌人。 眼见他起高楼,眼见他宴...

  • 不确定的世界

    晚间一个朋友找我聊天,上一次我们聊的内容是她要跳槽换工作了,面试上海一家公司通过了,约好十月底入职。聊的都是对新工...

  • 随笔37|22-知晓,才能心静心安

    2022年9月4日 晴 周日 我们为什么会心里不踏实。 这个世界,原本就充满了太多不确定性,对于未来的不确定性的恐...

  • 《人生算法》之发刊词

    ——读书笔记:《人生算法》发刊词 我们每个人都面对两个不确定的世界:不确定的内心世界和不确定的外部世界。 我们从小...

  • 在不确定的世界里 做好确定的自己

    我们所处的世界,充满了各种不确定: 平安的不确定,健康的不确定,工作的不确定,爱情的不确定……机遇与挑战总是并存,...

网友评论

    本文标题:9 不确定的世界

    本文链接:https://www.haomeiwen.com/subject/qkwefttx.html