能開啟這篇文章,說明你肯定對量子力學有所瞭解,或者說比較感興趣。
量子力學非常詭異,甚至很多現象都違反我們的直覺和生活經驗,以至於很多人無論如何不相信量子力學。
但不可否認的是,量子力學帶來的科技早已深入我們的日常生活中。比如說鐳射掃描器,手機中的晶片,LED螢幕等等都與量子力學有關。同時,量子力學還詮釋了恆星為什麼會發光,你我的眼睛到底能看到什麼東西。
如果沒有量子力學,你的手機很可能徹底淪為一塊廢鐵。隨著量子力學的發展,肯定會帶給人類更多的驚喜,而量子力學也成為了現代物理學大廈的兩大基石之一(另一個是相對論)。
不過,儘管量子力學發展了百年,但存在著很多未解之謎,我們仍沒有真正理解量子世界到底是如何運作的。
這也是為什麼,關於量子力學的爭論總是不絕於耳。
不過難以置信的是,用數學的方式卻可以精確地預測量子世界發生的故事,但是一旦我們試圖用物理理論去詮釋,就出現了分歧。
哪怕是十分簡單的東西,用物理很難解釋。
比如說,當科學家試圖描述電子的位置或者速度時,就遇到了難題,無法同時描述電子的位置和速度(動量),而這在現實世界是很容易做到的。比如一輛運動的小汽車,我們很容易就能描述出汽車的位置和速度。
我們生活在三維空間,要描述一個物體的位置,只需要三個數字就可以了,簡單說就是“長寬高”(更嚴謹點就是緯度,經度,高度)。但在量子世界,一切都大不一樣,用三個數字是不夠的,理論上甚至需要無窮多個數字。
而所有數字的集合就是我們通常所說的“波函式”,描述波函式的方程就是薛定諤方程,由薛定諤提出。
薛定諤方程在量子力學裡非常重要,就如同牛頓定律在宏觀世界的地位一樣。
上面的方程就是薛定諤方程。
薛定諤方程看起來太優美,太簡潔了。但最讓我們不解的是,為什麼需要無窮多個數字才能描述電子的位置?還有,當我們試圖觀測電子究竟在哪個位置時,發現電子就在某個地方。
更讓科學家不解的是,當我們觀測電子時,波函式就不再遵循薛定諤方程,波函式“坍縮”了。
說白了,當人們試圖進行觀測時,波函式就不再遵循薛定諤方程,只有在不觀測時,波函式才會遵循薛定諤方程。
有科學家傾向於相信量子世界也遵循宏觀世界的法則,認為當我們觀測時,光子會與微觀粒子發生作用,進而導致“波函式”坍縮。但持有這種觀點的科學家寥寥無幾。
科學家們發現,越來越多的實驗表明,量子世界的現象也適用於質量更大的物體,並不僅僅是微觀粒子,這些大物體甚至包括宇宙本身。
問題就來了,如果量子力學適用於所有環境,所有物體,那麼我們的觀測究竟有什麼意義?
有科學家給出這樣的答案:其實並不存在所謂的測量問題,因為不測量就沒有意義,只有測量了才有意義。
這種觀點其實就是以波爾為首的“哥本哈根詮釋”(不確定性原理),這種詮釋也越來越多地被物理學界承認,儘管它看起來實在太詭異了。
但無論如何,哥本哈根詮釋給人的感覺就是模稜兩可,非常模糊。不可觀測的事物沒有意義,看起來就像一種“詭辯”。
就像愛因斯坦質疑波爾那樣:不看月亮時,月亮就不存在嗎?波爾給出的答案是:不看月亮時,你怎麼知道月亮一定存在呢?
雖然哥本哈根詮釋在大部分時間裡,都佔據了絕對優勢,但總會有物理學家提出質疑,提出自己新的觀點。
比如說,多世界詮釋。該詮釋認為,沒有所謂的“波函式”坍縮,因為宇宙每時每刻都在分裂成不同的宇宙,任何一件事的任何可能的結果都會發生,發生在多重宇宙,因為多重宇宙是無限多的,任何一種機率都會出現。
而愛因斯坦生前堅決反對哥本哈根詮釋(不確定性),認為應該存在某些沒有發現的隱變數,才導致了量子世界的難以解釋的詭異現象。
量子力學的發展不會停止,量子世界為何是不確定的?為何只有觀測才能讓某個微觀粒子的狀態確定下來?或許我們遠沒有觸控到量子世界的核心。
如果未來某天科學家真正弄明白了不確定性的本質,或許人類就能觸控到宇宙的終極至理!