连爱因斯坦都无法接受和理解,诡异的“薛定谔的猫”!

宇宙时空探索 2024-12-07 16:22:34

在自然科学的浩瀚宇宙里,量子力学以其精密的实验验证而著称,但其内在理念之深邃,却让许多学者望而却步,包括它的奠基者们,如爱因斯坦与波尔,都对其束手无策。何出此言?对于我们这些自小学起就沐浴在科学教诲中的人而言,意识似乎是科学领域所拒斥的,它是我们所避免的未知。

通常,科学探寻的是那些不以人的意志转移的客观真理。然而,在人类不断进步的今天,我们不得不承认,意识是不可或缺的一部分,除非我们将意识纳入考量,否则我们无法透彻理解这个世界。

举个例子来加以说明,想象你的母亲身处客厅,或者不在,两者必有其一。这种非此即彼的观念,是普通人对事物状态的认知。一般人会认为,一个物体必定占有一个确切的空间位置,这种存在是客观的、天经地义的,与人的意识无关。

然而,在量子力学的世界里,情况就变得大相径庭。量子力学的根本概念之一就是微观粒子可能存在于叠加态——一种不确定的状态。例如,电子可能同时存在于两个不同的位置,既在A点又不在A点,这就是电子的叠加态。

很多人对此可能会感到困惑,或许有人会说:“你的母亲在客厅或不在,看看不就知道了吗?”但在量子力学中,一旦你决定观察母亲是否在客厅,你的观察行为就改变了她的状态。你一观察,她的存在状态就坍缩了,原本的叠加状态瞬间变为一个确定的状态——在或不在。

也许有人会认为这不过是狡辩。那么就让我们来看一个著名的量子力学实验——“薛定谔的猫”实验,相信许多人都耳熟能详。薛定谔本人也对这种叠加态持怀疑态度,试图推翻它,结果却意外证明了物质世界与意识的不可分割性,实验过程如下:

将一只猫放进一个封闭的盒子,盒子连接一个包含放射性原子核和毒气装置的仪器。原子核有50%的可能发生衰变,一旦衰变,就会放出粒子触发毒气,从而杀死猫。根据量子力学的叠加原理,在无观测的情况下,原子核处于衰变与未衰变的叠加态,同样,猫也处于生与死的叠加态。

那么,怎样才能知道猫的状态呢?打开盒子看一眼不就行了?但问题在于,一打开盒子进行观察,猫的状态就坍缩为生或死。这个实验让物理学家们目瞪口呆,原来不仅微观世界存在叠加态,宏观世界亦然,正如那只既死又活的猫所表现的那样。

量子力学的基石之一是,不确定状态向确定状态的转变必须有意识的参与,这正是量子通信的神秘之处,被称为“量子纠缠”。以一个例子来说明:假设从北京寄出一只手套,一只送到上海,一只送到纽约。在此之前,没有人知道寄到上海的是左手套还是右手套。一旦纽约的人打开包裹发现是左手套,那么上海的人无需打开就知道是右手套。

这就是纠缠的神奇之处。一旦手套被寄出,在途中处于不确定状态,但只要一方观测到自己的手套是左手还是右手,另一方便能立即得知自己的手套状态。量子力学的无数实验证明,如果我们将一个量子系统分成几部分,在未被观测前,我们无法得知它们的准确状态;一旦观测到其中一部分的状态,其余部分会立即调整自己的状态以与其对应。

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简介:用通俗的语言诠释科学