量子宇宙:一切现象都是极小粒子的构成

量子宇宙:一切现象都是极小粒子的构成

猫怎么可能既是活的,又是死的?粒子怎么可以同时在两个地方?

如果按照量子力学理论看,这一切就是可以现实存在的。

「量子理论的神秘在于,它描述了一个粒子可以同时存在于世界的几个地方,并通过同时探测宇宙,一个粒子可以立即从一个地方移动到另一个地方。」

量子力学是支撑人们认识大自然的三大支柱之一,另外两个是爱因斯坦的狭义相对论和广义相对论。物理学家布莱恩•考克斯与杰夫•福修合著了《量子宇宙:一切可能发生的正在发生》用很多物理实验专业地描述了这一理论。作者写到:

「量子理论将世界,包括人类在内的巨大的复杂性简化为描述一些微小的亚原子粒子的行为,和作用在它们之间的 4 种力。4 种力中的 3 种已经得到最好的描述:在原子核内部深处运行的强核力和弱核力,和将原子与分子黏在一起的电磁力。只有万有引力目前还没有满意的量子理论的描述。」

「如果你把想象把一个原子核扩大到网球的大小,那么小小的电子会小如一粒尘埃,它的轨道在距离网球 1 公里处。这些数字是相当令人吃惊的,因为对固体物质而言,我们很难感觉到它实际是空的。」

之所以对这本书一下子感兴趣,源于它的英文导语:Everything That Happens Does Happen.

我曾经读过一本很有趣的书《力量》,所描述的内容和《量子宇宙》的导语表达很相似。《力量》的作者朗达•拜恩是一个神职人员,她相信:「万物中存在一种力量,这种力量大至支撑起宇宙中的每一个星辰、小至形成原子和分子;你也可以在万物中观察到吸引力的力量,例如花朵吸引蜜蜂,种子从土壤中吸取养分,每一种生物都被同类物种吸引。」

吸引力牵引着你到你最喜欢的事物哪里去,因此人们应该有一种正向的力量,释放出去的思想和感觉能吸引到健康、财富和人际关系,如果你总是给出正面的思想和感觉,你就能吸引到正面的人事物。

也许朗达的观点过于主观和迷信,或者过度强调了心理暗示的作用,但却和量子力学的一些观点有些相似,正是某种力量把微小颗粒吸引到一起,构成万事万物,而这种力量确实巨大无穷的。现实生活中肉眼所看到的物质不过是一种微小粒子的吸引和聚合。

《量子宇宙》用牛顿定律与量子理论做了对比,解释其不同之处:

「牛顿定律提供的是非常直观的世界描述,一切是我们所能看到的,采用方程的形式,测量量之间的关系,以精确预测物体的位移。在牛顿理论的整个框架中,一个内在的假设是物体在任何时刻都处于某种位置,随着时间的推移,物体从一个地方平滑到另一个地方。」

「但在量子理论里,这种假设是有偏见的。」

「我们真的可以确定物体一定是在这里还是在哪里吗?真的不是同时存在于 2 个位置明显不同的地方吗?一个原子的电子这的不能同时既在这里又在那里吗?我们不能给出准确的答案,因为人们的心灵和眼睛无法想像和捕捉到他们。」

听起来有点似晦涩,知乎上的一位网友沈俊关于量子宇宙的解释比较容易理解。

「平行宇宙只是量子物理世界的一种解释,如果你看到这只猫死了,它就会在另一个世界活着。这样就会出现一个有趣的现象,如果把猫换成人,你就会发现总有一个世界这个人永生了。比如一个人拿枪自杀,因为量子效应,总有一个分裂出来的世界他没死成,然后他继续在没死成的世界里自杀,然后又分裂出一个宇宙,子弹穿过他的身体却没造成伤害。这样循环往复。」

「但我更喜欢传统的量子物理的解释,这种解释比平行宇宙不容易理解,但更震撼人们的思维。首先只有一个宇宙。然后,如果没有观察者,猫处在死和不死的叠加态,一旦有观察者,猫的状态就迅速塌缩,变成其中一种状态。也就是说,世界的形态取决于有无外在的观察者。」

科学界自一开就对量子理论保有一定的怀疑,近些年随着观测工具精度越高,实验中出现的不确定性与误差反而推动了量子理论的发展,特别是对量子通信研究的过程,越来越多的人开始关注这一不确定性理论。在玻尔、海森堡、薛定谔等人的努力下,先建立了量子理论整套体系,量子力学理论和之后发展的量子场论,使这个理论越来越受到重视。

题图:The Fabric of the Cosmos

量子物理
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