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为什么量子力学的“叠加态”概念非常可怕呢?
前面文章中我讲解了量子力学的一个概念:叠加态。
也就是说一旦进入了微观世界,微观粒子的运动情况和我们宏观物体完全不一样,宏观物体在某一个时刻都永远只处于一个位置并且只拥有一个速度,但是微观粒子却是在某个局部范围内处于叠加态。
但是叠加态本身是否是一种科学的论述方式呢?为啥这个叠加态概念很可怕呢?今天我们来谈谈这个问题。
首先宏观世界有没有叠加态?其实还是有的,只不过宏观物体的叠加态非常的微弱,微弱的让我们可以直接忽略掉而已。
因为前面我专门写了一篇文章介绍“海森堡测不准原理”,宏观世界的物体波动性之所以不明显,就是因为质量的原因导致。
如果你没看这篇文章,建议可以先去看看。
很多网友对叠加态有误解,比如当我描述一个微观粒子在某时刻所处的位置时,用量子力学的语言来表达就是:微观粒子此时处于A的概率是30%,处于B的概率是50%,处于C的概率是20%,也就是微观粒子同时处于A、B、C的叠加态。
但是大部分网友会这样解释:因为微观粒子运动速度太快了,所以导致我们看起来微观粒子好像同时处于多个位置,如果我们的观察技术提升,那么还是可以看到微观粒子在某一个时刻其实只处于一个位置。
以上的网友解释应该说非常符合我们的常规和直觉对不对?可惜这个解释是错的,因为我们目前的观察技术而言,微观粒子的运动速度再快能快过光速吗?现在的科技发展测量高速粒子的运动速度技术已经非常成熟了,所以你首先要明白一个事实:微观粒子要用叠加态来描述,不是因为微观粒子的运动速度太快导致的。
其次你要明白一点,假设此时有一个电子,我们计算出来电子处于A位置的概率是20%,B位置的概率是80%,那么电子就同时处于A、B位置的叠加态对不对。此时再举一个类似的例子,假设宏观世界里面抛硬币,我往上一扔然后仍由硬币落地,但是我并不去看落地的结果,那么此时我们知道,硬币是正面的概率是50%,硬币的反面概率也是50%,那么请问:此时我们可以说硬币处于正面和反面的叠加态不?
大家可以好好思考这个问题,其实对于扔硬币来说,我们虽然知道概率是各占50%,但是我们未观察结果前,我们不能说硬币处于叠加态。
但是面对一个电子,我们未观察前,我们却可以说电子的确是处于A和B的叠加态。
大家明白这两者的差别没?
没错,电子处于微观世界,当你把一个电子控制在某个局部范围内(比如A和B位置),那么此时你不去观察时,电子的确是同时处于A和B两个位置的,只不过A和B两个位置分到的概率值不同而已。
但是如果你再宏观世界去抛硬币,当硬币落地后,你如果不去观察硬币,那么硬币绝对不是同时处于正面和反面的叠加态,硬币肯定是只处于某一个状态且概率是100%,另一个状态概率是0%。
所以理解叠加态的关键就在于:观察。
没错!当你未观察前,你可以说电子同时处于A和B叠加,但是不能说硬币同时处于正面和反面的叠加。
而且最关键的问题在于,当你未观察前,电子的状态是不确定的,但是硬币正反面结果却是确定的。
当你观察的一瞬间,电子的状态才确定,但是硬币的状态却是你观察前就确定了。
当你再次不观察后,电子的状态再次不确定,硬币的状态依然是早就确定了。
所以微观世界和宏观世界的差别就是:
微观世界:观察前电子状态不确定,观察一瞬间电子状态确定,观察后电子状态再次不确定。
宏观世界:观察前物体状态确定,观察一瞬间物体状态确定,观察后物体状态依然确定。
而且还有一个重点是:微观世界的物体,为啥观察的一瞬间状态就确定了,因为正是你的观察导致微观粒子的状态被确定下来。
你的观察不仅仅是“发现”微观粒子的状态,你的观察还“创造”了微观粒子的状态。
你对微观世界的观察不仅仅是“发现”,你的观察行为和看到的结果产生了因果关系。
当你理解到这一层,你才算真正理解微观粒子的叠加态,到底是要表达啥意思。
量子力学中的叠加态如何理解,它与可能性有有什么区别?
所谓“叠加态”是指微观粒子特有的一种状态,微观粒子具有同时存在于多个位置的能力,强有力的证明了微观粒子的确具有“叠加态”。
在没有增加其他信息的情况下,你只能对某个系统进行概率性的描述,这样的系统就是一个混态系统。
与之相对的叫做纯态,叠加态是纯态的一种。
混态可以通过将其看成某个更大体系的子系统来描述,而这个更大的体系可以是一个纯态,这个过程增加了其他的信息。
从根本上区别了
量子力学与经典力学对运动状态的描述。
设Ψ1(x)和Ψ2(x)分别为力学量Q的本征函数,相应本征值为q1和q2。
它们的任意线性组合Ψ(x)=c1Ψ1(x)+c2Ψ2(x)也是一个可能的量子状态。
对这个状态进行力学量Q的测量,结果是q1或q2,出现的概率与和成正比。
叠加态什么意思
叠加态,或称叠加状态(superposition state),是指一个量子系统的几个量子态归一化线性组合后得到的状态。
当我们进行单个电子的双缝干涉实验时,两条狭缝上都留下了这个电子干涉过的条纹。
一旦我们用专门的仪器观察电子进行,干涉条纹便消失了。
对此的解释是这样的:当我们不进行观察时,电子具有波动性,因此能弥散开来,留下条纹;一旦我们展开观察,就有一个光子撞击了这个电子,这个电子便具有了确定的位置,呈现出粒子性,直线传播而无法干涉这两条狭缝。
在不观察时,由于电子没有确定的位置,电子便是在各种位置的叠加状态,而人的观察使得这个电子退出了叠加状态。
量子力学认为微观事物的运动和状态均是不确定的,如果将其推广到宏观世界上来,那么,即将掷出的骰子、犹豫不决的人、风暴的移动方向等各种不确定的事物均可以被认为是处在多种状态的叠加状态。
在平行宇宙理论中,一个处在叠加状态的物质可以分裂,不同的状态发生在不同的宇宙之中。
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