来做个思想实验。工作了一整天,回到家后你想好好放松一下,你坐在沙发上,拿出手机准备刷刷短视频,就在你刚打开短视频时,手机突然凭空消失了。

打开网易新闻 查看更多图片

面对此情此景,你一脸懵逼,不知道发生了什么,手机怎么会突然消失呢?你甚至怀疑是不是见鬼了?

你变得手忙脚乱,开始寻找丢失的手机,整个沙发都找了个遍,但始终找不到。你完全不知所措了,吓得六神无主,感到口干舌燥,想到厨房里倒一杯水喝。

然而,你刚走进厨房,抬头一看,手机竟然在电饭锅旁边!你顿时感到后背发凉:手机怎么可能自己跑到厨房呢?

我并不是在讲鬼故事,在现实世界当然不会发生上面这种事情,但是如果把手机缩小到微观尺度,发生这样的事情就不足为奇了。实际上,这种看起来超自然的事情在量子世界一直上演着。

量子世界的核心就是不确定性,那里的一切都是不确定的,都只能用概率去描述,我们永远无法同时确定微观粒子的位置和速度信息,微观粒子可能在任何地方出现,甚至会同时出现在两个不同的地方。

打开网易新闻 查看更多图片

对于微观粒子的这种诡异行为,我们只能用波函数去描述,说白了,微观粒子看起来完全就是一种波。

而当我们想知道微观粒子到底是什么状态时,就必须进行观测,而当我们观测的一瞬间,微观粒子就会从模糊的不确定状态坍缩为某一固定状态,从波的特性变为粒子性,物理学术语来讲就是“波函数坍缩”。

通俗来讲,在不观测时,微观粒子表现出波动性,一旦实施观测,就会表现出粒子性,也就是确定性。这就是“观察者效应”。也就是说,在没有观测之前,量子世界完全是模糊不定的,观测了才能看到真实的世界。

现实世界的存在与否,竟然取决于我们的观测?在我们没有观测时,所谓的现实是不存在的,完全是模糊的世界。而一旦实施观测,模糊的世界瞬间坍缩为现实世界!

还好这种看起来让人疯狂的特性只会出现在量子世界,而不会出现在我们的宏观世界,否则后果不敢想象。

量子世界的这种不确定性其实包括很多具体特性,比如说量子纠缠,叠加态原理,量子隧穿效应等。先来说说叠加态原理。

打开网易新闻 查看更多图片

关于叠加态,最著名的例子当属思想实验薛定谔的猫,相信很多人都听说过,这里就不再详述了。

总之就是,按照量子力学中的叠加态原理,密封箱子里的猫不是死的,也不是活的,而是“既死又活”的状态,你在现实中见过这样的猫吗?

显然这样的猫不可能存在。但是按照叠加态原理,确实存在这样的猫。而当我们想看看“既死又活”的猫到底是什么样的时候,在我们打开箱子的一瞬间,这种“既死又活”的叠加态必须进行二选一,必须从“既死又活”的状态坍缩为“要么死,要么活”的状态。

所以,我们只能看到一只死猫,或者一只活猫,而永远看不到一只“既死又活”的猫。

类似的例子还有著名的电子双缝干涉实验,当我们不观测电子时,电子的位置就是不确定的,或者说电子具有波粒二象性的叠加态,不观测时,就表现为波的特性,一旦我们实施观测,电子就会表现为粒子特性。

而微观粒子的这种不确定性对于任何微观粒子都是适用的。比如说一个原子包括原子核和电子,电子在原子核周围,它的位置并不确定,随机出现在原子核周围,形成“电子云”。

通常情况下,电子只会随机出现在原子核附近,但也有极小的概率,电子会随机出现在宇宙中的任何位置,比如说火星上,只是这种概率小到几乎可以忽略不计。

用我们的宏观世界打比方就是,你此刻在家里吃饭,但同时你也有可能出现在月球上,甚至冥王星上,只不过出现这种事情的概率非常低罢了,需要极其漫长的时间才可能出现一次,甚至直到宇宙灭亡也不会出现一次。

除此之外,还有更神奇的量子纠缠,量子隧穿效应和量子涨落等等,这些诡异现象都完全颠覆了我们的世界观,微观粒子可以凭空出现,瞬间移动,能超光速感应彼此的存在,甚至完全颠覆了因果律,而这些现象在现实世界都是不允许的。

说了这么多,可能你对量子力学越来越迷惑了,这都没关系,因为感到迷惑的不止你一人,你并不孤独,世界上没有任何人完全弄懂量子力学,就连爱因斯坦这样的物理学大佬也是如此。

今天给大家带来的这些量子力学知识,并不是试图让大家明白量子力学到底讲述了什么,更大的意义是带给大家更多的思考空间,不要被现有大自然法则束缚,大胆放飞我们的思想!