量子力学|量子力学告诉我们：一个电子可以同时处于多个位置？
最近几期我一直围绕量子力学来讲解 ， 其中介绍了量子力学的几个特性 ， 比如叠加态就是一个非常难以理解的状态 ， 一个电子为什么可以处于多个位置的叠加态 ， 也可以处于多个速度的叠加态 ， 这真的让人匪夷所思 ， 以至于这个“叠加态”观点刚刚提出时 ， 遭到了大批物理学家的反对 。 但是为什么电子可以拥有叠加态 ， 叠加态的本质到底是什么？为什么一个电子可以同时处于多个位置？今天我就来谈谈这个问题 。
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首先叠加态如何理解 ， 相信不少网友仍然是一脸蒙圈 ， 我这里再简单讲解下 ， 所谓叠加态有多种 ， 比如速度叠加态、位置叠加态 。 我们比较直观能理解的就是位置叠加态 ， 也就是一个电子可以在某一个时刻同时处于多个位置 ， 你既可以说此时电子在A处 ， 也可以说此时电子在B处 ， 也可以说在A和B之间的任意位置 ， 但是这里每个位置出现的概率值并不是100% ， 而是所有位置加起来概率是100% 。
这里我举个简单的例子 ， 宏观世界里面我们描述一个物体的位置 ， 我们可以这样说 ， 此时这个物体在A这个位置 ， 也就是这个物体在A位置的概率是100% 。 但是我们描述电子的位置却不能用这种肯定性的语气表达 ， 我们只能说此时电子在A位置的概率是23% ， 在B位置的概率是47% ， 在C位置的概率是30% 。 大家看见宏观物体和微观物体的差别没？其实就是概率值的分配问题 。
【量子力学|量子力学告诉我们：一个电子可以同时处于多个位置？】
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宏观物体在某一个时刻永远是某一个位置独享概率且值是100% ， 而微观物体某一个时刻永远处于多个位置的叠加态 ， 且每个位置多少都能分到点概率值 ， 这些位置的概率值加起来正好是100% 。 所以说宏观物体就像吃“独食” ， 一个位置独享全部概率 ， 而微观物体是大家一起吃“大锅饭” ， 大家分享这个100%概率值 。
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所以从概率分享角度我们就很容易区分开宏观和微观的特性 ， 但是微观世界这种叠加态到底是如何产生的？这是一个非常值得思考的问题 ， 因为一个电子同时处于多个位置这太不可思议了 ， 但是我们永远看不到电子的这种叠加态 。 这是为什么呢？其实上面几期也提过这个问题 ， 电子虽然一直处于叠加态 ， 但不总处于叠加态 ， 电子有有个特殊的时刻也会老实乖乖的回到一个固定的位置状态 ， 表现得像宏观物体一样 ， 这个特殊的时刻是啥？其实就是“观察” ， 当你一看电子 ， 电子就瞬间从原来的叠加态变成一个固定位置状态 ， 你不观察后 ， 电子继续处于叠加态 。 所以这就形成了一个非常困难的局面 ， 我们唯一能证明电子有叠加态的方法就是去“观察”电子 ， 但是偏偏观察的这一瞬间电子会把自己的叠加态马上消失掉 ， 然后改成固定态 。 电子就好像知道我们再观察它 ， 所以偏偏就不让大家直观看到叠加态 。
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分析到这里 ， 其实问题的关键还是在于叠加态到底是如何产生的 ， 如果能解决叠加态的来源 ， 那么问题就迎刃而解了 ， 其实电子同时处于多个位置 ， 我们可以做一个等效 ， 假设存在平行宇宙 ， 每个宇宙都有一个电子 ， 每个宇宙的这个电子虽然位置上很相近 ， 但是却存在一定的差异 。 我们把每个宇宙的电子某一个时刻拍照 ， 然后把这些照片合并再一起 ， 你会惊讶的发现：这不就是电子的叠加态嘛 。 没错！如果我们假设平行宇宙的存在 ， 那么电子的叠加态是如何产生就能合理解释了 ， 那就是多个平行宇宙在同一个时间和空间位置产生了交集 ， 于是叠加态诞生 。 为啥“观察”电子会让叠加态消失？因为“观察”会让你从众多平行宇宙中 ， 选择其中一个宇宙继续演化下去 ， 所以“观察”其实起到了一个选择宇宙的作用 。
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当然以上理论目前还仅仅是猜想 ， 因为目前还没有足够的证据证明平行宇宙的存在 ， 不过科学家也没闲着 ， 迄今为止也找到了不少平行宇宙存在的证据 ， 比如暴涨公式的多样性 ， 暗能量的数值和超弦理论对空间维度的多样性 ， 都似乎说明平行宇宙的确可能存在 。 关于这三个理论为啥能说明平行宇宙存在 ， 以后再谈 。 我是小彭来给您解惑 ， 如果喜欢文章可关注 。
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