前面文章中我講解了量子力學的一個概念:疊加态。也就是說一旦進入了微觀世界,微觀粒子的運動情況和我們宏觀物體完全不一樣,宏觀物體在某一個時刻都永遠隻處于一個位置并且隻擁有一個速度,但是微觀粒子卻是在某個局部範圍内處于疊加态。但是疊加态本身是否是一種科學的論述方式呢?為啥這個疊加态概念很可怕呢?今天我們來談談這個問題。
首先宏觀世界有沒有疊加态?其實還是有的,隻不過宏觀物體的疊加态非常的微弱,微弱的讓我們可以直接忽略掉而已。因為前面我專門寫了一篇文章介紹“海森堡測不準原理”,宏觀世界的物體波動性之所以不明顯,就是因為質量的原因導緻。如果你沒看這篇文章,建議可以先去看看。
很多網友對疊加态有誤解,比如當我描述一個微觀粒子在某時刻所處的位置時,用量子力學的語言來表達就是:微觀粒子此時處于A的概率是30%,處于B的概率是50%,處于C的概率是20%,也就是微觀粒子同時處于A、B、C的疊加态。但是大部分網友會這樣解釋:因為微觀粒子運動速度太快了,所以導緻我們看起來微觀粒子好像同時處于多個位置,如果我們的觀察技術提升,那麼還是可以看到微觀粒子在某一個時刻其實隻處于一個位置。
以上的網友解釋應該說非常符合我們的常規和直覺對不對?可惜這個解釋是錯的,因為我們目前的觀察技術而言,微觀粒子的運動速度再快能快過光速嗎?現在的科技發展測量高速粒子的運動速度技術已經非常成熟了,所以你首先要明白一個事實:微觀粒子要用疊加态來描述,不是因為微觀粒子的運動速度太快導緻的。
其次你要明白一點,假設此時有一個電子,我們計算出來電子處于A位置的概率是20%,B位置的概率是80%,那麼電子就同時處于A、B位置的疊加态對不對。此時再舉一個類似的例子,假設宏觀世界裡面抛硬币,我往上一扔然後仍由硬币落地,但是我并不去看落地的結果,那麼此時我們知道,硬币是正面的概率是50%,硬币的反面概率也是50%,那麼請問:此時我們可以說硬币處于正面和反面的疊加态不?
大家可以好好思考這個問題,其實對于扔硬币來說,我們雖然知道概率是各占50%,但是我們未觀察結果前,我們不能說硬币處于疊加态。但是面對一個電子,我們未觀察前,我們卻可以說電子的确是處于A和B的疊加态。大家明白這兩者的差别沒?
沒錯,電子處于微觀世界,當你把一個電子控制在某個局部範圍内(比如A和B位置),那麼此時你不去觀察時,電子的确是同時處于A和B兩個位置的,隻不過A和B兩個位置分到的概率值不同而已。但是如果你再宏觀世界去抛硬币,當硬币落地後,你如果不去觀察硬币,那麼硬币絕對不是同時處于正面和反面的疊加态,硬币肯定是隻處于某一個狀态且概率是100%,另一個狀态概率是0%。所以理解疊加态的關鍵就在于:觀察。沒錯!當你未觀察前,你可以說電子同時處于A和B疊加,但是不能說硬币同時處于正面和反面的疊加。
而且最關鍵的問題在于,當你未觀察前,電子的狀态是不确定的,但是硬币正反面結果卻是确定的。當你觀察的一瞬間,電子的狀态才确定,但是硬币的狀态卻是你觀察前就确定了。當你再次不觀察後,電子的狀态再次不确定,硬币的狀态依然是早就确定了。所以微觀世界和宏觀世界的差别就是:
微觀世界:觀察前電子狀态不确定,觀察一瞬間電子狀态确定,觀察後電子狀态再次不确定。
宏觀世界:觀察前物體狀态确定,觀察一瞬間物體狀态确定,觀察後物體狀态依然确定。
而且還有一個重點是:微觀世界的物體,為啥觀察的一瞬間狀态就确定了,因為正是你的觀察導緻微觀粒子的狀态被确定下來。你的觀察不僅僅是“發現”微觀粒子的狀态,你的觀察還“創造”了微觀粒子的狀态。你對微觀世界的觀察不僅僅是“發現”,你的觀察行為和看到的結果産生了因果關系。當你理解到這一層,你才算真正理解微觀粒子的疊加态,到底是要表達啥意思。
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