量子力學(xué)作為現(xiàn)代物理學(xué)的重要支柱,揭示了微觀世界的運(yùn)行規(guī)律,然而其理論中的諸多現(xiàn)象卻與我們?nèi)粘I钪械闹庇X和經(jīng)驗(yàn)大相徑庭,顯得極為詭異。
波粒二象性是量子力學(xué)最著名的特性之一。
在經(jīng)典物理學(xué)中,物質(zhì)要么表現(xiàn)為粒子,具有確定的位置和動(dòng)量;要么表現(xiàn)為波,呈現(xiàn)出干涉、衍射等波動(dòng)現(xiàn)象 。但在量子世界里,微觀粒子如電子、光子等卻同時(shí)具有粒子和波的雙重性質(zhì)。最經(jīng)典的實(shí)驗(yàn)例證便是雙縫實(shí)驗(yàn),當(dāng)電子被逐個(gè)發(fā)射通過兩條狹縫時(shí),若按照粒子的特性,電子應(yīng)該只通過其中一條狹縫,在屏幕上形成兩條對(duì)應(yīng)的亮紋。
但實(shí)際實(shí)驗(yàn)結(jié)果卻令人震驚,屏幕上出現(xiàn)了明暗相間的干涉條紋,這是典型的波的干涉現(xiàn)象,仿佛每個(gè)電子同時(shí)穿過了兩條狹縫并與自身發(fā)生了干涉 。這表明電子在傳播過程中表現(xiàn)出波的特性,而當(dāng)它與屏幕相互作用被探測(cè)到時(shí),又表現(xiàn)出粒子的特性,這種奇妙的波粒二象性徹底打破了經(jīng)典物理學(xué)中對(duì)物質(zhì)形態(tài)的認(rèn)知。
量子疊加原理同樣挑戰(zhàn)著我們的常識(shí)。
在宏觀世界中,一個(gè)物體在某一時(shí)刻只能處于一種確定的狀態(tài),例如一只貓,它要么是活的,要么是死的。
但在量子世界里,粒子可以同時(shí)處于多種狀態(tài)的疊加態(tài)。就像著名的思想實(shí)驗(yàn) “薛定諤的貓”,將一只貓關(guān)在裝有放射性物質(zhì)和毒藥的箱子里,根據(jù)量子力學(xué)理論,在未打開箱子觀測(cè)之前,貓?zhí)幱谝环N既死又活的疊加態(tài),只有當(dāng)我們進(jìn)行觀測(cè)時(shí),波函數(shù)坍縮,貓才會(huì)呈現(xiàn)出確定的狀態(tài),要么是死,要么是活 。
這種疊加態(tài)的存在意味著微觀粒子在被觀測(cè)前的狀態(tài)是不確定的,充滿了各種可能性,與我們所熟悉的宏觀世界的確定性形成了鮮明的對(duì)比。
量子糾纏則更為神奇,當(dāng)兩個(gè)或多個(gè)粒子處于糾纏態(tài)時(shí),無論它們相隔多遠(yuǎn),對(duì)其中一個(gè)粒子的測(cè)量會(huì)瞬間影響到其他糾纏粒子的狀態(tài),愛因斯坦將其稱之為 “鬼魅般的超距作用”。
假設(shè)一個(gè)零自旋粒子衰變?yōu)閮蓚€(gè)以相反方向移動(dòng)分離的粒子,當(dāng)沿著某特定方向?qū)ζ渲幸粋€(gè)粒子測(cè)量自旋,若得到結(jié)果為上旋,則另外一個(gè)粒子的自旋必定為下旋,反之亦然 。
更為奇特的是,即便兩個(gè)粒子相距甚遠(yuǎn)且未發(fā)現(xiàn)任何傳遞信息的機(jī)制,當(dāng)對(duì)其中一個(gè)粒子做測(cè)量時(shí),另一個(gè)粒子似乎能 “瞬間知曉” 測(cè)量動(dòng)作的發(fā)生與結(jié)果,這種超距的關(guān)聯(lián)性完全違背了經(jīng)典物理學(xué)中關(guān)于信息傳遞速度不能超過光速的限制,也挑戰(zhàn)了我們對(duì)因果關(guān)系和時(shí)空的傳統(tǒng)理解。
量子力學(xué)所呈現(xiàn)的這些詭異現(xiàn)象,如波粒二象性、量子疊加、量子糾纏等,極大地沖擊了人們對(duì)真實(shí)世界的傳統(tǒng)認(rèn)知,引發(fā)了一場(chǎng)關(guān)于世界本質(zhì)和意義的思考危機(jī)。
不確定性原理是量子力學(xué)的核心原理之一,它由海森堡于 1927 年提出 。
該原理指出,我們無法同時(shí)精確地測(cè)量一個(gè)微觀粒子的位置和動(dòng)量,對(duì)其中一個(gè)量的測(cè)量精度越高,對(duì)另一個(gè)量的測(cè)量就越不精確。這與經(jīng)典物理學(xué)中物體具有確定的位置和運(yùn)動(dòng)軌跡的觀念形成了鮮明的對(duì)比。在經(jīng)典物理學(xué)中,只要知道物體的初始狀態(tài)和受力情況,就可以精確地預(yù)測(cè)它在未來任何時(shí)刻的位置和動(dòng)量。
例如,我們可以通過計(jì)算準(zhǔn)確預(yù)測(cè)行星在太陽系中的運(yùn)行軌道。然而,在量子世界里,這種確定性和可預(yù)測(cè)性被徹底打破。以電子為例,我們只能用概率來描述它在某個(gè)位置出現(xiàn)的可能性,而不能確切地知道它在某一時(shí)刻的具體位置和動(dòng)量。這種不確定性并非由于我們的測(cè)量技術(shù)不夠先進(jìn),而是量子世界的內(nèi)在本質(zhì)屬性。
平行宇宙假說同樣對(duì)傳統(tǒng)的世界認(rèn)知產(chǎn)生了巨大的沖擊。根據(jù)這一假說,宇宙中存在著無數(shù)個(gè)與我們所處宇宙平行的其他宇宙,這些宇宙在物理規(guī)律、物質(zhì)分布和事件發(fā)展等方面都可能與我們的宇宙不同 。
每一次量子事件的不同結(jié)果都會(huì)導(dǎo)致宇宙的分裂,產(chǎn)生新的平行宇宙。這意味著,在我們做出每一個(gè)選擇的瞬間,都會(huì)分裂出無數(shù)個(gè)平行宇宙,在這些宇宙中,我們做出了不同的選擇,擁有了不同的人生軌跡。
比如,在我們的宇宙中,你選擇了從事科學(xué)研究工作,但在另一個(gè)平行宇宙中,你可能選擇了成為一名藝術(shù)家。這種理論讓人們開始思考,我們所經(jīng)歷的現(xiàn)實(shí)是否只是眾多可能性中的一種,我們的人生選擇是否還有意義,因?yàn)闊o論我們做出怎樣的選擇,其他所有的可能性都會(huì)在不同的平行宇宙中發(fā)生。
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