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43看书 > 都市 > 澎湖湾的澳龙 > 第5章 薛定谔和青萝卜

今天发一篇看似玩世不恭的文章,是为了引出我明天将连载的《故事里面有科学》

阳春白雪的科学道理在世俗里也是存在的。

先就说为什么有薛定谔的猫吧,说是为了说明白量子纠缠的,什么是量子纠缠呢,说是由光的波粒二象性引申的,那就先说二象性吧。

在很早以前,有人说光是波,也有人说光是粒子,通过光的干涉实验,说明光是由微粒组成的。

光的偏振性又是光的横波性的最直接,最有力的证据,光的偏振现象可以借助于实验装置进行观察,p1、p2是两块同样的偏振片(就是光栅片,可以通过纵向光波)。

通过一片偏振片p1直接观察自然光(如灯光或阳光),透过偏振片的光虽然变成了偏振光,但由于人的眼睛没有辨别偏振光的能力,故无法察谈改觉。如果我们把偏振片p1的方位固定,而把偏振片p2缓慢地转动,就可发现透射光的强度随着p2转动而出现周期性的变化,而且每转过90°就会重复出现发光强度从最大逐渐减弱到最暗,证明没有横向波能通过。

科学家设置一个高速摄像机在挡板前面,看看电子到底是怎么穿越双缝的,干涉(以多条竖纹为证)并没有发生,我们得到了类似小球穿过两个缝隙一样的图案。干涉消失了,我们只得到了两条纹。

实际上,把高速摄像机架设到双缝挡板后面,我们依然得不到干涉条纹。似乎电子在穿越之前就知道有人或者物在挡板后面要观察它。

当我们把高速摄像机移除,我们又得到了多条明暗相间的图案,干涉又发生了。仅仅是观察行为,就让电子或者光子表现出不一样的行为,你不观察它的时候,它表现的像波,一旦观察它,它则表现的像一个粒子。这就是光或者电子所表现出的波粒二象性。

对于这个问题,目前有很多种解释,我们来看几个。

说法1:意识参与的结果,在微观量子世界,只有你看到之后,只有人的意识参与之后,才是确定的,看到之前都是不确定的,意识的参与造成了波函数的坍缩,呈现为粒子状态;

说法2:观察者效应,就是当你观察一个东西的时候必然对它产生了影响,比如你要观察一个物品,比如看远处的山或者做b超,肯定有光或者电波射到被观察的物体之后反射回来被我们接收到,我们才能看到,那么这些射到被观察体上的光或者电波影响到了被观察体,所以被观察体表现出不一样的性质来。宏观世界我们可能感知不到,比如我们看远处的山,肯定是阳光照在山上,然后再反射到我们的眼中,宏观世界中阳光对山的影响可以忽略不计,但是微观世界,光或者电波对单个光子或者电子的影响不能忽略不计,所以造成了被观察者行为的改变,即观察粒子不可避免地干扰它们足以破坏干涉图案。

其他还有很多说法,如:不确定原理、模拟世界、平行宇宙等说法,不一一赘述。

然后,我们再来了解一个概念,量子纠缠。

那什么是量子纠缠,量子纠缠也称为量子缠结。通俗的讲,就是两个或者以上的粒子,他们相互影响,他们之间的相互影响超越距离,不论距离多远,当其中一个粒子发生变化的时候,另外一个粒子也立刻发生变化,目前为止没有发现他们之间有任何传播信息的途径但是它确实发生了,《三体》小说里的质子,就差不多是这个原理,现代的量子通信也是用了量子纠缠的原理。

听上去,很不可思议是吧。很多人都不能理解,觉得很荒谬,薛定谔的猫是一个思想实验,试图把微观物理世界的量子纠缠来放大到宏观物理上来展示,薛定谔提出这个思想实验并不是赞同量子纠缠,而是他觉得量子纠缠这种不确定性很荒谬,世界上哪有既死又活的猫呢。

薛定谔是奥地利物理学家、诺贝尔物理学奖获得者,他与爱因斯坦是同时代的著名科学家。

薛定谔的猫是诸多量子困惑中有代表性的一个。一只猫被封在一个密室里,密室里有食物有毒药。毒药瓶上有一个锤子,锤子由一个电子开关控制,电子开关由放射性原子控制。

如果原子核衰变,则放出阿尔法粒子,触动电子开关,锤子落下,砸碎毒药瓶,释放出里面的氰化物气体,猫必死无疑。

如果我们不揭开密室的盖子,根据我们在日常生活中的经验,可以认定,猫或者死,或者活。

这是它的两种本征态。如果我们用薛定谔方程来描述薛定谔猫,则只能说,它处于一种活与不活的叠加态。

我们只有在揭开盖子的一瞬间,才能确切地知道猫是死是活。此时,猫构成的波函数由叠加态立即收缩到某一个本征态。

量子理论认为:如果没有揭开盖子,进行观察,我们永远也不知道猫是死是活,它将永远处于半死不活的叠加态,可这使微观不确定原理变成了宏观不确定原理,客观规律不以人的意志为转移,猫既活又死违背了逻辑思维。

这一通原子核、半衰期、波函数的就早已把人脑子绕晕了,以上内容不需要看到太懂,只要知道有两种状态叠加、纠缠,不可预知就可以了。

我找到了一个简单容易理解的模型,推荐给大家,帮助理解这个量子纠缠理论。就是青萝卜的口感居然也存在叠加状态,比起薛定谔的猫来说,要好理解多了,而且是既有宏观又有微观。

我说的青萝卜是那种长圆柱体,里外都翠绿色的萝卜,不是那种接近于球体红心北方的“心里美”萝卜。

这种青萝卜一般都是被人竖着切成条状吃的,就推不出我要说的理论了,我说的是横着切,一段一段的。

我感觉头子上第一刀切下来的最好吃,微辣、微甜、水分足,好像有点生栗子味,但是,然后切下来的第二段、第三段口味就差远了,这与量子纠缠有什么关系呢?

重点是第一刀切的是两公分还是五公分,一刀下去,切多少都是第一段,那口感都是绝对的,但是x要小于1/2l,不能切到7/8l,那就叫贪得无厌了。

我纠结于什么呢?在我切之前,3-4厘米之间的那一段是否好吃,就是一种叠加状态,我的一刀下去,切在了2厘米处了,那么3-4厘米之间的那一段就不好吃了;但如果一刀下去切在了5厘米处,那么3-4厘米之间的那一段就是美味了,也可能是心理作用。

这3-4厘米之间的那一段是不是就像薛定谔的猫?

其实这种叠加不可知状态到处都有,为什么只流传了薛定谔的猫了呢,大抵薛定谔也知道青萝卜理论,但是太下里巴人了,所以要伪装的高深点了。

比如现在最流行的开盲盒,打开之前都是未知的,无法掌控获得的结果是否是自己想要的,只有打开的一瞬间,才能知道自己是失望还是得意。

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