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論現實的本質,量子世界裡或許隱藏著現實的本質!

2024-02-13 11:07:56

光,到底是粒子還是波?問題的答案很可能隱藏著現實世界的本質。

托馬斯楊在兩百多年前做了一個著名的實驗,雙縫實驗,證明了光以波的形式存在,同時也反駁了牛頓提出的光粒子說。

到了20世紀,物理學更進一步,證實了光是由不可分割的能量單位組成,稱之為“光量子”或者“光子”。

但是對於托馬斯楊的實驗,如果把光換成單個的光子(電子或者其他微觀粒子)時,就會出現一個令人費解的現象,這個現象牽扯到了現實的本質問題。

這就是著名的雙縫干涉實驗。

實驗的過程是這樣的,當科學家朝兩條狹縫一個一個地發射單個光子時,光子本身好像同時穿過了兩條狹縫一樣,自己與自己發生了干涉行為,狹縫後面的螢幕上出現了明暗相間的干涉條紋。

把光子換成電子,也會出現同樣的情況。

這種現象很難用經典物理來解釋:一個電子怎麼可能同時穿過兩條狹縫呢?

於是物理學家試圖用數學的方式加以詮釋,認為同時穿過兩條狹縫的並不是物理意義上的粒子或者波,而是一種抽象的波函式,波函式代表著光子(電子)的狀態,表現出來的就像波。

而人們的任何測量行為都會導致波函式坍縮。

正是“波函式坍縮”的行為讓物理學家們苦惱不已。光子(電子)就好像知道有人要觀測一樣,在沒有觀測的時候表現出波的特性,而一旦人類進行觀測,就會表現出粒子的特性,干涉條紋消失。

有物理學家就提出了這樣的觀點,比如海森堡就說到:在任何觀測之前是不存在所謂的現實的。

但是,這裡有一個最大的問題:到底什麼才是觀測行為?似乎沒有人能給出準確定義,量子力學也是解釋不清楚的。

人類的任何測量裝置都是宏觀的,但宏觀與微觀到底有沒有界限?

有人甚至認為所謂的觀測就是人類的意識行為,人類的意識會導致波函式坍縮。於是就出現了“意識是物質世界的基礎”這種觀點。

波爾等哥本哈根學派的詮釋是這樣的,波函式坍縮的本質其實就是量子世界的不確定性,一切都是隨機行為,而任何觀測行為都會讓不確定性轉移到確定性(本徵態)。

隨著量子力學的不斷發展,人們對波函式坍縮有了更多認識,上世紀80年代,有科學家發現量子世界裡的微觀粒子數量越多,發生坍縮的可能性就越大,而觀測行為只是發現了結果而已。

同時,微觀粒子的質量大於某一個特定值(閾值)時,粒子就不能同時穿過兩條狹縫,就不會發生干涉。

舉個極端的例子,你朝兩條狹縫發射玻璃珠,當然不可能同時穿過兩條狹縫。

物理學家羅傑斯認為,因為物質質量越大,越容易發生坍縮,這種情況並不需要任何觀測行為,與意識也沒有關係。

宏觀世界的現象我們很容易理解,但到了微觀世界,一切都會變得如此不同。最大的問題還是:電子為何能同時穿越兩條狹縫?而當人們在狹縫後面進行觀測,想看看電子到底是如何同時穿越兩條狹縫時,結果電子只會選擇透過一條狹縫。

很明顯,微觀世界表現出來的現實並不“現實”,那裡的一切似乎都是模糊的,正如量子力學的本質那樣,都是不確定的,一切都只能用機率描述。

雖然我們每天看到的現實世界非常確定,比如說,你我每天都能看到太陽東昇西落,但考慮到宏觀世界說到底還是由微觀粒子構成的,這意味著無論是宏觀世界還是微觀世界,都應該擁有相同的大自然法則。

但事實上並非如此,起碼目前來看,兩者有很大不同,甚至有本質不同。

那麼,我們熟知的現實真的存在嗎?現實的本質真的像量子世界那樣不確定嗎?

或許正如物理學家德布羅意的物質波概念描述的那樣:萬物皆波!

你我皆有波長,皆是波,但由於波長非常非常短,表現出來就是粒子行為,表現出來確定性。而微觀粒子波長相對很長,更容易表現出來波的特性,表現出不確定性。

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