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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。
量子叠加态是什么意思
是指一个量子系统可以处在不同量子态的叠加态上。
量子叠加态是一种模型,用于解释量子微观世界一些现象的。
这些现象在经典物理世界不存在。
量子力学第一原理:微观量子既是波也是粒子。
它的专业名称叫做“叠加态”。
量子力学的“叠加态”“纠缠态”理论不可证伪
量子力学的哥本哈根诠释为我们揭示了两个关键概念:叠加态和纠缠态。
这一诠释强调量子世界中的不确定性,允许多种状态同时存在,如猫同时处于生与死的叠加状态。
薛定谔的猫原想揭示这种叠加的不可能,但在量子力学的视角下,这种看似荒谬的“既死又活”状态却是理论允许的。
哥本哈根诠释进一步引入了观察者效应,即量子在未被观测时保持在叠加态,但一旦被测量,就会瞬间坍缩到一个确定的状态,这就是波函数坍缩。
然而,这意味着我们无法直接观察到量子叠加态或纠缠态,因为它们在被观测前并不存在于我们能感知的世界中,无法被证实或证伪。
从科学哲学家卡尔-波普尔的视角来看,理论的可证伪性是科学的基础,如果无法被证伪,就被视为潜在的伪科学。
量子力学的叠加态和纠缠态理论由于其不可观察性,似乎挑战了这一标准。
这引发了对于这一理论本质的深入思考:它们究竟是科学的,还是仅仅停留在理论层面的谜团?
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