假如现在我们抛一枚硬币,落地后我们观察到硬币是正面向上;那么问题来了,在我们观察之前,硬币向上的面是哪一面?乍一听感觉很荒唐,但就是这样一个荒唐的问题,在量子力学的科学家里引起了很大的争议,那么量子力学究竟是一门怎样的学说呢?薛定谔的猫又是怎么一回事儿呢?目前人类的量子力学研究处于什么状态呢?
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带你了解量子力学
【量子力学究竟讲了什么?薛定谔的猫又怎么回事?不懂这些就落后了】说到量子力学,我们就不得不提到我们熟悉的也是正在运用的叫做经典力学 。在经典力学中,有一个显著的特点,就是确定性 。什么意思呢?比如我们常见的原子,中心有一个原子核,核外有电子在做高速运转,在经典力学中,这颗原子的情况,比如原子核多大,质量多少,周围多少电子,电子轨道半径以及运转速率都是可以确定的;
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而量子力学的特点就是不确定性,同样是之前的原子,同样是之前的问题,我们都变得不可知,并且不可知的原因并不是我们不知道,而是它本身就处于一种不确定的状态,科学家管这个状态称之为纠缠态 。
那么我们如何确定这个原子的状态呢?方法就是测量,简单来说就是我们去亲自观测一下,那这个原子就不再处于纠缠态了,而是处于一种确定的状态,叫做本真态 。但是我们知道,它可能拥有很多本真态,比如我们之前的硬币,就有正反两种确切结果,用量子力学来解释呢,就是在测量前这个事件随机的倒向了一个事件结果上,在我们观测的时候,展现了出来 。
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说到这里可能很多同学都会觉得,如果用量子力学来解释我们的世界,实在是解释不同啊 。其实不光你这样觉得,很多研究量子力学的科学家也对量子力学充满怀疑 。比如著名的科学家薛定谔,这个人对量子力学的研究贡献很大,曾经提出了著名的量子力学方程来解释量子力学的特征,但同时他也认为,这量子力学本身是一个不完备的理论,为此还提出了一个特别经典的例子,就是薛定谔的猫 。
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薛定谔
薛定谔构建了这样的一个封闭空间,里面有一只猫,有充足的食物、水、和氧气,同时在这个封闭空间中还有一瓶毒气,只要这个毒气释放出来,猫就死了 。但是这个毒气是否释放,取决于毒气上方的一个控制装置,这个装置接收到粒子信号就会打开毒气,接受不到就不会打开,那么在不远处有一个放射源,他会在一段时间内随机的释放粒子信号,当然也可能不释放,就是这样一个装置 。在这种情况下,猫的死活就和装置是否释放粒子直接相关 。
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薛定谔的猫
那么按照量子力学的观点,这个释放粒子的装置在我们没有观测它之前,它就处于释放粒子和没释放粒子的纠缠态,那么同时猫也就相应处于死和活的纠缠态了 。这时候有同学会说,那我挖个洞或者听听声音不都能判断这只猫是死是活吗?这都不行,按照量子力学的观点,能够获取可以产生判断的信息,都属于观测的范围,在任何观测的情况下,纠缠态都会随机倒向一种本真态 。
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那么薛定谔就认为,生物怎么会出现一种不死不活的状态呢?说明这量子力学还是不够完备,一定有某种更加完备的理论,能够来补全量子力学,但是很可惜,人类还没有探索到 。支持薛定谔的科学家还有很多,比如爱因斯坦,爱因斯坦还提出了一种月亮位置说来驳斥量子力学说,是在薛定谔之前的,内容都差不多,并且还说了啊'上帝从不掷色子' 。
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直到爱因斯坦死后,物理学界的科学家通过贝尔不等式实验对量子力学进行检验,给出了一个结果,他们认为量子纠缠状态确实存在,只不过存在于微观世界中,简单来说就是在微观世界中,几个不同性质的粒子相互作用后,粒子所拥有的特性就会彼此纠缠在一起,成为一个整体,无法再分开被单独描述,只能描述整体系统的性质,这就是如今的微观世界的量子纠缠,至于这种现象为何产生,则没有人能够解释 。
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