我们的生活被包围在一种既已知又可预见的物理法则之中。生活的点滴告诉我们,大自然的种种现象皆可用科学来解读:如树木的向上生长,行星的轨迹,甚至我们的一举一动,皆有规律可循。

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利用这些不变的自然法则,我们可以精确预见某一物体在下一秒的位置,这就是我们所熟知的四维时空,现实世界的规律性是如此清晰可见。

然而,当我们步入另一片天地,你会发现那里的规律性几乎是超乎常理的,与我们所处的宏观世界截然不同。在那里,你可能会惊讶地发现,尽管你觉得自己稳如磐石地站在原地,但你却有可能同时存在于他处,仿佛你无处不在却又无处可寻。

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那个地方充满了模糊与不确定性,你或许自以为身处某地,但下一刻你或许会发现自己身在天涯海角。在那个世界,你如同一个“幻影”,能在任何地方随意显现。对于习惯了宏观世界的我们而言,一旦踏足那样的领域,恐怕会感到彻底的错愕和迷失。

那个令我们感到陌生而疯狂的世界,便是微观领域,那里的规则与我们日常经验完全相反,甚至连基本的因果关系也不再适用。比如,你可能在还没踏上旅途时就已经抵达目的地。

这够让人震惊吧?更惊人的是,这些奇异的现象在微观领域时刻都在发生。那里的一切都充满了不确定性,这是微观世界的核心特征,一切只能通过概率来描绘。

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我们无法掌握微观粒子的确切情况,我们无法同时知道它们的精确位置和速度,因为粒子的位置与速度的不确定性是相互制约的,这正是不确定性原理所述。

简单来说,我们只能估计微观粒子在某一时刻出现在特定位置的概率,只能通过概率波或者波函数来描述这些粒子的状态。一旦我们尝试对微观粒子进行观测,它们就会从原本的不确定状态塌缩到一个确定的状态,这就是所谓的“波函数塌缩”。

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这意味着,在我们观测之前,微观粒子几乎是无处不在的。而当我们一经观测,它们便会从这种无所不在的状态塌缩为一个具体的、确定的状态。

如果这种奇异现象发生在我们的宏观世界,无疑会让我们感到彻底的困惑。爱因斯坦曾用一个宏观世界的例子来质疑微观世界的不确定性:“如果我不去看月亮,月亮就不存在了吗?”

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在现实世界,我们明白不管看不看,月亮就在那里。但在微观领域,如果用月亮来比喻,情况就不同了,因为在不看月亮的时候,月亮确实可能不存在。

对于爱因斯坦的质疑,哥本哈根学派的波尔这样回应:“你不去看月亮,怎么知道它就在那里呢?”这里的“看”,是指任何形式的观测行为。波尔的回应虽然看似逃避问题,但其实无懈可击。因为你只有通过观测,才能确定月亮的存在;不观测,你就无从得知月亮是否在那里。

当然,用月亮来比喻微观领域的奇异现象,无疑将颠覆我们的认知。但有一点可以肯定,微观世界确实充满不确定性,这种模糊性并不是科学家们的幻想,而是现实的存在。著名的电子双缝实验便是这一现象的有力证明。

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这个实验我们在之前的科普中已经反复提及,这里不再赘述。总之,不确定性是微观领域的基本属性,那里的一切都只能用概率来描述,我们永远无法确定微观粒子下一刻会出现在何处。

比如,此刻你可能正坐在沙发上阅读这篇文章,但在微观领域,你并不一定只坐在沙发上,你可能同时存在于月球或其他宇宙角落。当你的母亲想要确定你是否坐在沙发上时,她进行了观测,在那一瞬间,你的状态发生了塌缩,从原本的不确定状态转变为一个确定的状态,她会看到你确实坐在那里。

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不确定性正是微观领域的核心所在,许多诡异现象,实际上都是不确定性的间接体现,比如叠加态、量子纠缠、量子隧道效应和量子涨落等。

尽管量子力学诞生已逾百年,科学家们仍未揭示量子力学底层的逻辑究竟是什么。这也是为何众多物理学界的权威人士会感叹:“如果你自认为理解了量子力学,那说明你其实并不了解量子力学。”

尽管量子力学的奇异之处令人费解,但量子科技已经深入我们日常生活之中。我们离不开的手机,其内部的芯片就应用了量子科技!