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量子詭異性之一是觀察創造實在

發布時間:2021-06-14 00:28:46

❶ 量子力學最恐怖的實驗

「薛定諤的貓」思想實驗本意,其實是諷刺哥本哈根學派對量子力學的「疊加態」解釋。最後,卻成為了量子力學的一個最有名的科普故事。雙縫干涉實驗的恐怖之處在於,一個微粒子竟然具有波動性與粒子性兩種狀態。另外,通過人為觀察,它還能做出狀態改變,甚至產生「逆時空」的錯覺。

先說說確定薛定諤的貓吧。

任何實驗的出現,其實都是有時代背景和人文背景的,科學實驗也不例外。

「薛定諤的貓」這個思想實驗,出現於愛因斯坦「決定論」與玻爾「概率論」交鋒的最後戰場上。這時,愛因斯坦已經去世了,但是作為愛因斯坦手下第一大將的薛定諤,化悲憤為力量憋出了這個大招,來表達他的不滿。

為什麼不滿?

因為,對量子力學的概率解釋,以愛因斯坦為首的薛定諤一方是非常難以接受的。

你想想,我愛因斯坦創造了「光子」概念,你玻爾給我一堆模稜兩可的概率解釋,大家都還支撐你,我很郁悶。

再想想,我薛定諤創造了「波函數」,你玻恩也給出一個我無法接受的概率解釋,你還得了諾獎,我很憤懣。

都是我們創造的東西,你們一夥只靠一個解釋就牛逼了,還圈粉加V。苦力活都是我們做的,好處全被你們撈走了,能不憤怒嗎?

(這樣悲痛的心情,我是理解的)

這里其實也能看出,在物理學中,物理概念大於數學公式的重要性,理解大於應用。

說遠了,再來說說老愛小薛等人反對的本質。

因為,世界上所有的物質都是由微觀粒子組成的,如果微觀粒子的運動是遵循概率的,那是不是意味著,宏觀物體也是應該遵循概率?如果是這樣,那是不是意味著我們在看月亮的時候月亮存在,我們沒看月亮的時候,月亮就不存在了?這里是對玻爾等人對「波函數坍縮」解釋的反對。

但玻爾說,我們明明說的是微觀粒子,你用月亮來比喻,不合適啊。

於是,薛定諤想了一個辦法,把微觀物體的特徵引入到宏觀世界當中。簡單來說,就是通過屬於微觀的元素衰變現象,來決定一隻宏觀世界的貓的生死。衰變觸發毒氣機關,貓即死;沒衰變不觸發毒氣機關,貓即活。

因為通過量子力學「概率論」的解釋,元素衰變在未經測試的情況下,被認為同時存在衰變與沒衰變兩種狀態,這種狀態稱為疊加態。

這種「疊加態」和我們普通認知的所謂已經衰變了和還沒有衰變是兩個概念。疊加態的核心思想是同時存在。如果是這樣的話,那這只貓就應該同時處於已經死了和還沒有死的疊加態中。

但其實上,這個實驗本質是荒謬的,沒有科學依據。

❷ 是什麼導致了量子領域和我們所觀察到的實際世界之間的區別

量子層面上的事物怎麼可能與我們在日常生活中觀察到的事物如此不同呢?為什麼會這樣呢?

新量子理論的基本觀點是,宇宙是由量子場構成的,這些量子場被「捆綁」在高度統一的空間擴展的場能「包」中。這些束通常被稱為「粒子」,但它們不是粒子,因為每個束都在空間中展開,沒有明確的邊界。許多物理學家稱這些能量束為「量子」。「最簡單的例子就是電磁場。

但是光子是一個空間擴展的對象,而整個擴展的對象必須同時創建。所以光子內部的不同點必須協調,以確保,如果光子存在於某一點,它也存在於其他所有點。這種不同空間點之間的瞬時協調被稱為「量子非定域性」,是許多奇量子效應的來源,例如一個量子能夠同時出現在兩個或多個地方。舉個具體的例子,在光的雙縫實驗中,每個光子都通過兩個縫。

❸ 量子力學是否證明了現實的客觀存在,是虛幻的

我不是這方面的專家,但這個問題困擾著我,我會試著回答。相信這一點的人通常對物理學和哲學的理解很差。這就好比說愛因斯坦證明了一切都是相對的。無論我們觀察與否,現實都在那裡。特別是,當物理學家使用「觀察」這個詞時,它就像我例子中的「相對」,它的意思並不是一般人假設的那樣。有一些特定的相互作用會瓦解波函數,它們一直在發生,不管周圍有沒有有知覺的生物,這有決定性的效果。

一些擁有神秘思想的人用量子力學的模糊概念來否認任何事物的存在,或者意識是一種量子效應,或者存在像讀心術或扭轉場這樣的神秘力量,它們都在量子層面上運作。他們的解釋是:X是神秘的,量子物質是神秘的,因此X可能是量子效應。但即使是我,一個非物理學家,也知道量子物質並不那麼神秘,它遵循明確的物理定律,完全有可能被掌握,而且與任何Deepak Chopra認為是現實的本質無關。

這就是規則:隨機性和其他奇怪的東西通常會被平均掉。也有一些奇怪的例外,比如:把一個帶有天線特性阻抗的屏蔽電阻連接到無線電接收器上,你就會把它轉換成一個非常好的約翰遜(不,不是以我的名字命名的)雜訊放大器。這個雜訊是隨機的,它是隨機的是因為量子力學。

但就像我說的,這是一個相當奇怪的例外:大多數電子產品都是故意在輸出中去除隨機性(或嚴格限制隨機性)。

這樣的例子太專門化了,也太罕見了,不足以證明我們從「新時代」騙子那裡看到的謬論的量子飛躍,他們試圖用量子力學來解釋各種神秘的事情。

❹ 量子理論的內容是什麼

量子力學

有人引用量子力學中的隨機性支持自由意志說,但是第一,這種微觀尺度上的隨機性和通常意義下的宏觀的自由意志之間仍然有著難以逾越的距離;第二,這種隨機性是否不可約簡(irrecible)還難以證明,因為人們在微觀尺度上的觀察能力仍然有限。
自然界是否真有隨機性還是一個懸而未決的問題。統計學中的許多隨機事件的例子,嚴格說來實為決定性的。 量子力學是研究微觀粒子的運動規律的物理學分支學科,它主要研究原子、分子、凝聚態物質,以及原子核和基本粒子的結構、性質的基礎理論,它與相對論一起構成了現代物理學的理論基礎。量子力學不僅是近代物理學的基礎理論之一,而且在化學等有關學科和許多近代技術中也得到了廣泛的應用。

量子力學的發展簡史

量子力學是在舊量子論的基礎上發展起來的。舊量子論包括普朗克的量子假說、愛因斯坦的光量子理論和玻爾的原子理論。

1900年,普朗克提出輻射量子假說,假定電磁場和物質交換能量是以間斷的形式(能量子)實現的,能量子的大小同輻射頻率成正比,比例常數稱為普朗克常數,從而得出黑體輻射能量分布公式,成功地解釋了黑體輻射現象。

1905年,愛因斯坦引進光量子(光子)的概念,並給出了光子的能量、動量與輻射的頻率和波長的關系,成功地解釋了光電效應。其後,他又提出固體的振動能量也是量子化的,從而解釋了低溫下固體比熱問題。

1913年,玻爾在盧瑟福有核原子模型的基礎上建立起原子的量子理論。按照這個理論,原子中的電子只能在分立的軌道上運動,原子具有確定的能量,它所處的這種狀態叫「定態」,而且原子只有從一個定態到另一個定態,才能吸收或輻射能量。這個理論雖然有許多成功之處,但對於進一步解釋實驗現象還有許多困難。

在人們認識到光具有波動和微粒的二象性之後,為了解釋一些經典理論無法解釋的現象,法國物理學家德布羅意於1923年提出微觀粒子具有波粒二象性的假說。德布羅意認為:正如光具有波粒二象性一樣,實體的微粒(如電子、原子等)也具有這種性質,即既具有粒子性也具有波動性。這一假說不久就為實驗所證實。

德布羅意的波粒二象性假設:E=ħω,p=h/λ,其中ħ=h/2π,可以由E=p²/2m得到λ=√(h²/2mE)。

由於微觀粒子具有波粒二象性,微觀粒子所遵循的運動規律就不同於宏觀物體的運動規律,描述微觀粒子運動規律的量子力學也就不同於描述宏觀物體運動規律的經典力學。當粒子的大小由微觀過渡到宏觀時,它所遵循的規律也由量子力學過渡到經典力學。

量子力學與經典力學的差別首先表現在對粒子的狀態和力學量的描述及其變化規律上。在量子力學中,粒子的狀態用波函數描述,它是坐標和時間的復函數。為了描寫微觀粒子狀態隨時間變化的規律,就需要找出波函數所滿足的運動方程。這個方程是薛定諤在1926年首先找到的,被稱為薛定諤方程。

當微觀粒子處於某一狀態時,它的力學量(如坐標、動量、角動量、能量等)一般不具有確定的數值,而具有一系列可能值,每個可能值以一定的幾率出現。當粒子所處的狀態確定時,力學量具有某一可能值的幾率也就完全確定。這就是1927年,海森伯得出的測不準關系,同時玻爾提出了並協原理,對量子力學給出了進一步的闡釋。

量子力學和狹義相對論的結合產生了相對論量子力學。經狄拉克、海森伯和泡利等人的工作發展了量子電動力學。20世紀30年代以後形成了描述各種粒子場的量子化理論——量子場論,它構成了描述基本粒子現象的理論基礎。

量子力學是在舊量子論建立之後發展建立起來的。舊量子論對經典物理理論加以某種人為的修正或附加條件以便解釋微觀領域中的一些現象。由於舊量子論不能令人滿意,人們在尋找微觀領域的規律時,從兩條不同的道路建立了量子力學。

1925年,海森堡基於物理理論只處理可觀察量的認識,拋棄了不可觀察的軌道概念,並從可觀察的輻射頻率及其強度出發,和玻恩、約爾丹一起建立起矩陣力學;1926年,薛定諤基於量子性是微觀體系波動性的反映這一認識,找到了微觀體系的運動方程,從而建立起波動力學,其後不久還證明了波動力學和矩陣力學的數學等價性;狄拉克和約爾丹各自獨立地發展了一種普遍的變換理論,給出量子力學簡潔、完善的數學表達形式。

海森堡還提出了測不準原理,原理的公式表達如下:ΔxΔp≥ħ/2。

量子力學的基本內容

量子力學的基本原理包括量子態的概念,運動方程、理論概念和觀測物理量之間的對應規則和物理原理。

在量子力學中,一個物理體系的狀態由態函數表示,態函數的任意線性疊加仍然代表體系的一種可能狀態。狀態隨時間的變化遵循一個線性微分方程,該方程預言體系的行為,物理量由滿足一定條件的、代表某種運算的算符表示;測量處於某一狀態的物理體系的某一物理量的操作,對應於代表該量的算符對其態函數的作用;測量的可能取值由該算符的本徵方程決定,測量的期待值由一個包含該算符的積分方程計算。

態函數的平方代表作為其變數的物理量出現的幾率。根據這些基本原理並附以其他必要的假設,量子力學可以解釋原子和亞原子的各種現象。

根據狄拉克符號表示,態函數,用<Ψ|和|Ψ>表示,態函數的概率密度用ρ=<Ψ|Ψ>表示,其概率流密度用(ħ/2mi)(Ψ*▽Ψ-Ψ▽Ψ*)表示,其概率為概率密度的空間積分。

態函數可以表示為展開在正交空間集里的態矢比如|Ψ(x)>=∑|ρ_i>,其中|ρ_i>為彼此正交的空間基矢,<m|n>=δm,n為狄拉克函數,滿足正交歸一性質。

態函數滿足薛定諤波動方程,iħ(d/dt)|m>=H|m>,分離變數後就能得到不含時狀態下的演化方程H|m>=En|m>,En是能量本徵值,H是哈密頓能量運算元。

於是經典物理量的量子化問題就歸結為薛定諤波動方程的求解問題。

關於量子力學的解釋涉及許多哲學問題,其核心是因果性和物理實在問題。按動力學意義上的因果律說,量子力學的運動方程也是因果律方程,當體系的某一時刻的狀態被知道時,可以根據運動方程預言它的未來和過去任意時刻的狀態。

但量子力學的預言和經典物理學運動方程(質點運動方程和波動方程)的預言在性質上是不同的。在經典物理學理論中,對一個體系的測量不會改變它的狀態,它只有一種變化,並按運動方程演進。因此,運動方程對決定體系狀態的力學量可以作出確定的預言。

但在量子力學中,體系的狀態有兩種變化,一種是體系的狀態按運動方程演進,這是可逆的變化;另一種是測量改變體系狀態的不可逆變化。因此,量子力學對決定狀態的物理量不能給出確定的預言,只能給出物理量取值的幾率。在這個意義上,經典物理學因果律在微觀領域失效了。

據此,一些物理學家和哲學家斷言量子力學擯棄因果性,而另一些物理學家和哲學家則認為量子力學因果律反映的是一種新型的因果性——幾率因果性。量子力學中代表量子態的波函數是在整個空間定義的,態的任何變化是同時在整個空間實現的。

20世紀70年代以來,關於遠隔粒子關聯的實驗表明,類空分離的事件存在著量子力學預言的關聯。這種關聯是同狹義相對論關於客體之間只能以不大於光速的速度傳遞物理相互作用的觀點相矛盾的。於是,有些物理學家和哲學家為了解釋這種關聯的存在,提出在量子世界存在一種全局因果性或整體因果性,這種不同於建立在狹義相對論基礎上的局域因果性,可以從整體上同時決定相關體系的行為。

量子力學用量子態的概念表徵微觀體系狀態,深化了人們對物理實在的理解。微觀體系的性質總是在它們與其他體系,特別是觀察儀器的相互作用中表現出來。

人們對觀察結果用經典物理學語言描述時,發現微觀體系在不同的條件下,或主要表現為波動圖象,或主要表現為粒子行為。而量子態的概念所表達的,則是微觀體系與儀器相互作用而產生的表現為波或粒子的可能性。

量子力學表明,微觀物理實在既不是波也不是粒子,真正的實在是量子態。真實狀態分解為隱態和顯態,是由於測量所造成的,在這里只有顯態才符合經典物理學實在的含義。微觀體系的實在性還表現在它的不可分離性上。量子力學把研究對象及其所處的環境看作一個整體,它不允許把世界看成由彼此分離的、獨立的部分組成的。關於遠隔粒子關聯實驗的結論,也定量地支持了量子態不可分離

❺ 為什麼我們觀測量子,量子就會發生改變

量子力學可能崩塌你的「科學」世界觀:人類的主觀意識是客觀物質世界的基礎
量子力學的詭異現象
量子力學也是自然科學史上被實驗證明最精確的一個理論,但是量子的觀念,沒有人能夠理解。我說的沒有人能夠理解,絕不是指像我們這個層次的人,而是說連量子力學的創始人都不能理解。
那麼量子力學最不好懂的是些什麼問題呢?我先把量子力學中人們最不好懂的東西介紹給大家,而最不好懂的東西最後恰好是證明了:意識不能被排除在客觀世界之外。一定要把意識加進去你才能夠認識搞懂它。
1、態疊加與坍縮
量子力學的第一個詭異現象叫做態疊加原理和坍縮。
為了解釋量子力學觀念,我先說說普通人的日常經驗。一般人認為客觀物體一定要有一個確定的空間位置,這種存在,是不以人的意志為轉移的、是客觀的。比如說,我的女兒現在在客廳裡面,或者說我的女兒現在不在客廳裡面,兩者必居其一。
女兒可以既在又不在客廳里嗎?
但在量子力學里就不一樣了。量子力學就像說你的女兒既在客廳又不在客廳,你要去看這個女兒在不在,你就實施了觀察的動作。你一觀察,這個女兒的存在狀態就坍縮了,她就從原來的,在客廳又不在客廳的疊加狀態,一下子變成在客廳或者不在客廳的唯一的狀態了。
所以量子力學怪就怪在這兒:你不觀察它,它就處於疊加態,也就是一個電子既在A點又不在A點。你一觀察,它這種疊加狀態就崩潰了,它就真的只在A點或者真的只在B點了,只出現一個。
那有人就會說了:這是詭辯,你怎麼知道電子不觀察它的時候,它既在A點又不在A點呢?
好,這就是量子力學發展過程中,很多實驗確證的事情,其中一個最著名最重要的實驗,就是干涉實驗證實。
電子同時在兩處。
電子在沒有觀測的時候,沒有確定的狀態。所以這件事是量子力學最詭異的事情。懂了這個,就懂了量子力學最詭異的東西,而且隨後我們就能來證明:量子力學離不開意識,意識是量子力學的基礎。
2、單體的疊加態:薛定諤的貓
剛才說的是量子力學第一個詭異之點,現在我們來看看這個詭異之點往下推論,能夠推出什麼結果。最後結果會使大家認識到,意識是量子力學的基礎,物質世界和意識不可分開。這個實驗是量子力學的創始人薛定諤提出的,被稱為「薛定諤的貓」。
死又活的疊加態貓
現在我來說薛定諤的實驗是什麼:把一隻貓放進一個封閉的盒子里,然後把這個盒子接到一個裝置上,這個裝置包含一個原子核和一個毒氣設施。原子核有百分之五十的可能性發生衰變,衰變的時候就會發射出一個粒子來,這個粒子一發出來就會觸發毒

❻ 量子糾纏如此詭異,有沒有辦法可以證明其成立

在量子力學里,當幾個粒子在彼此相互作用後,由於各個粒子所擁有的特性已綜合成為整體性質,無法單獨描述各個粒子的性質,只能描述整體系統的性質,則稱這現象為量子纏結或量子糾纏。粒子沿著不同軸向的自旋彼此之間是不相容可觀察量,對於這些不相容可觀察量作測量必定不能同時得到明確結果,這是量子力學的一個基礎理論。

量子糾纏與量子系統失序現象、量子信息喪失程度密切相關。量子糾纏越大,則子系統越失序,量子信息喪失越多;反之,量子糾纏越小,子系統越有序,量子信息喪失越少。因此,馮諾伊曼熵可以用來定量地描述量子糾纏,另外,還有其它種度量也可以定量地描述量子糾纏。量子糾纏是一種物理資源,如同時間、能量、動量等等,能夠萃取與轉換。 現在科學是成立的,比如量子密鑰分發,使通信雙方共同擁有一個隨機、安全的密鑰,來加密和解密信息。

❼ 量子力學的意義是不是意識的觀察創造了物質

量子力學的解釋有多種,其糾紛一直影響到現在。
哥本哈根學派的解釋被視作正統和權威觀點,他們主導的波函數的概率解釋、不確定性原理等等會導致量子糾纏等一系列效應,這些在實驗上也得到了證實。只要我們一深究,就會得到人類的觀測行為會影響粒子的運動這樣的結論,換個說法,就是:意識活動能決定整個宇宙的發展歷史。這個說法非常驚人,現在被當做一個禁區被高高掛起。但真的好像所有實驗現象都偏向了哥本哈根學派的這一方。
其他的解釋比如愛因斯坦堅持微觀粒子應該具有確定性,實在性,定域性,認為量子力學是不完備的;埃弗雷特的多世界解釋,認為整個宇宙處在不同量子態的疊加中。等等。

❽ 量子力學詭異在哪靠它誕生的尖端科學成果有哪些

量子力學就詭異在它是微觀世界中種種規律的一門學科。靠量子力學誕生的各種尖端科學成果,比如說量子加密,量子通訊,量子飛船。我們都知道,二十一世紀,人類在科學的各個領域都已經取得了充足的進步和突破,但是,我們對宇宙的探索,科學的擴展,仍然沒有找到盡頭。

時至今日,量子力學,已經成了前沿物理學最不可或缺的學科之一。但是,上世紀著名物理學家費曼,曾經對量子論有一個著名的論斷,“沒人能夠真正了解量子力學”。

包括人類日常生活中離不開的手機,電腦,都有賴於量子力學的進步。總而言之,量子論的重要性,是毋庸置疑的。未來,等到人們真正的掌握了量子力學之後,也會因此打開新科技時代的大門。

❾ 愛因斯坦反感新量子理論,他信奉什麼

作為20世紀最偉大的物理學家之一,愛因斯坦生前的一言一行都備受關注,其對新量子力學的質疑曾引起學界爭論。

上個世紀,和相對論並重的另一大理論就是隔壁班的量子力學。

量子力學的建立以1900年普朗克提出的能量量子化為標志。1905年,愛因斯坦在能量量子化的概念基礎上提出來光量子假說,大力推動了量子力學的發展。

普朗克和愛因斯坦可以算作是量子力學的第一代耕耘者。他們也被視為舊量子理論的創始人。之後量子力學的話語權落到以玻爾為首的哥本哈根學派手中。 除此之外,對微觀世界的解釋還有多宇宙詮釋理論。哥本哈根學派和多宇宙詮釋理論一並被稱為新量子理論。當然,哥本哈根學派的影響力遠遠碾壓了後者。文中所說的新量子論特指哥本哈根學派。

愛因斯坦

1964年,貝爾提出來貝爾不等式給愛因斯坦和新量子論做裁判

答案顯而易見,愛因斯坦錯了。但貝爾實驗一直飽受有漏洞的詬病。直到2016年開始,科學家利用超過10萬人的自由意志做了升級版大貝爾實驗。

實驗結果於北京時間2018年5月10日公布了,其結果強有力地證明了愛因斯坦的定域實論是錯的, 量子力學理論是對的!經歷了100年,我們終於可以為新量子力學洗白了!

但是還有人不甘心,畢竟這10萬人都在地球上,只有排除了任何光速以下的「隱變數」,才能證明量子糾纏的確是「魔鬼般的超距作用」。

科學家接下來計劃在月球上做貝爾實驗。到時候全民又有機會參與這樣偉大的實驗了。

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