为什么量子力学的 概念非常可怕呢 叠加态 (为什么量子力学中力学量要用算符表示)

admin 2024-11-30 72 0

本文目录导航:

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。

为什么量子力学的 概念非常可怕呢 叠加态 (为什么量子力学中力学量要用算符表示)

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。

关于量子理论中的叠加状态的问题

先说说关于“是否存在一个绝对客观的外在世界” 在物理学上有一对命题(这里的命题不是数学意义上的命题),分别是“我们的世界到底是怎样的”和“我们观测到的世界是怎样”,在物理学的不断发展过程中,物理学家们逐渐发现第一个命题不是我们能解答的,或者更严谨地说,第一个命题是没有意义的,物理学的价值在于第二个命题。

这里有必要介绍1个物理原理和1个科学原则 剃刀原理,如果2个说法能解释同一个现象,那么应该倾向于相信假设比较少的那种说法(譬如说说法1“地球是方的,但我们观测的时候只能观测到它是圆的”和说法2“地球是圆的”,都能解释一个现象:我们看到的地球是圆的。

但是说法1有2个假设,而说法2只有1个假设(注意“我们看到的地球是圆的”是“地球是圆的”的自然推论,所以说法2不需要增加任何假设就能解释该现象),所以我们应该倾向于相信说法2) 不确定性原理,即测不准原理,最简单的最通俗的说法是“电子不同时具有精确的动量与精确的位置”。

其实这句话的原版是“我们不能同时观测到电子的精确位置和精确动量”,说法1“电子同时具有精确动量和精确位置,只是我们不能同时观测到电子的精确位置和精确动量”和说法2“电子不同时具有精确的动量与精确的位置”都解释了一个现象“我们不能同时观测到电子的精确位置和精确动量”,根据剃刀原理,我们应该倾向于相信说法2,所以不确定性原理就变成现在这个说法了。

之所以说这个不确定性原理,是想说明现在的物理学家已经不再研究“我们的世界到底是怎样的”,而是研究“我们观测到的世界是怎样”,物理学的基础在于实验,实验中最基本的手段是观测,我们只关心能观测到什么,而不关心本来是什么(这个问题本身在物理学上没有意义) 由不确定性原理和剃刀原理,再加上哥本哈根学派的正统解释(观测前按照严格的波函数“弥漫”,观测后(指粒子性观测)坍缩为一点,当然哥本哈根学派还没能很好的解释坍缩过程,不过对于物理学而言,解释现象和预言是重要的,尽管不能解释坍缩过程,但哥本哈根学派的说法还是非常好地解释了这个世界,或者说解释了我们观测到的世界)就有了“不存在一个绝对客观的世界”的说法(也就是说这些量子理论打破了决定论的同时也打破了实在性) 关于平行宇宙,曾经有过加强版的“薛定谔之猫”的实验构想 个人认为哥本哈根学派的解释还是比较具有实际的物理意义的 不过退相干(严谨地说是历史退相干)貌似在理论上更容易受接受 PS:个人认为平行宇宙有点“劳师动众”,而且根据剃刀原理,这个平行宇宙论和历史退相干都有点……不过还好,剃刀原理只是叫人倾向于更相信哪个而已,不是说绝对就是这样o(∩_∩)o... 你有权去选择不相信剃刀原理…… LZ要是对量子理论感兴趣的话,学术性的请买本权威的教材(如果是初等的,可以选择《费曼物理学讲义》(貌似是第三卷),高等的去看量子力学课程——四大力学之一哦,做好心理准备),科普的可以买本《上帝掷骰子吗?——量子物理史话》(好像是曹天元写的,不过不是专业教材的,对搞研究意义不大) 再补充2点:在微观意义上能量是不守恒的,除了粒子的位置与动量被不确定性原理限制之外,时间的间隔和能量的变化量也是被不确定性原理限制的,也就是说当时间间隔足够小的一段时间内,能量可以有(不对,根据不确定性原理,更严格地说应该是必须有)极大的起伏;当然这样短的时间一瞬即逝,我们在宏观上观测也就没有违反能量守恒定律了。

3L说法有点不妥,是允许“一直盯着看的”(只是不能同时看清动量+位置) 在你看之前,粒子处于波函数叠加态,当你看到的时候(也就是观测的时候),粒子就变成一个粒子(汗,别人还以为我是疯子!粒子就是一个粒子!)这是波函数的坍缩,也就是哥本哈根学派的通俗解释。

请注意,衰变不衰变与你是否观测着是没有关系的(你不观测,别人就按波函数走,波函数里边就可以包括衰变的信息,而你观测了,它就给你看一个实际的具体的衰变过程而已,它要衰变,你观测也拦不住……这里不是说这个粒子行为与观测行为无关,因为你观测的时候它还是要坍缩成一个状态的,仍然没有违反“不存在一个绝对客观的外在世界”)

量子纠缠被证实是假的

量子纠缠不存在,量子叠加态理论是错误的,量子纠缠是不符合逻辑。

正确的量子理论是,量子态唯一,无量子坍缩,孪生量子出生时,量子态确定,无信息传递,不存在超光速。

量子纠缠理论也是错误的,孪生量子出生时量子态已经确定,不存在纠缠,贝尔不等式不适用量子纠缠实验。

生活常识是指人们在日常生活中总结出来的科学知识,可分为物理、生物、化学、医学、急救知识、地理、安全、宇宙天体、自然现象等各方面的常识内容。

评论(0)