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量子的超時(shí)空糾纏,超越了虛無(wú)主義的迷茫

2023-09-06 15:29 作者:同讀紅樓夢(mèng)  | 我要投稿

如今,很多人陷入虛無(wú)主義的迷茫中。所謂虛無(wú)主義,是對(duì)眼前的世界缺乏探索的欲望,而思想越怠惰,情緒也越消極。

2020年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主彭羅斯提出的神經(jīng)量子糾纏理論,為我們了解意識(shí)的產(chǎn)生提供了新思路。


隨著人類對(duì)量子領(lǐng)域不斷了解,許多常識(shí)性的物理知識(shí)也逐漸被顛覆。我們不必為無(wú)法捉摸的未來(lái)而擔(dān)憂,不妨保持一顆敬畏之心,明天或許會(huì)更有希望呢?

中華文化的哲學(xué)思想,很多就像量子領(lǐng)域的哲學(xué)一樣,古代先哲對(duì)宇宙的探索,對(duì)我們理解近代物理學(xué)的一些概念,也有很強(qiáng)的借鑒意義。在下僅以個(gè)人對(duì)這些物理現(xiàn)象的理解,做一些哲學(xué)概念上的解讀,也可以幫助我們以另一視角,更好的審視我們生存的世界。

宇宙有很多值得人們?nèi)ヌ剿鞯膴W妙,二十世紀(jì)興起的量子力學(xué),為人類認(rèn)識(shí)宇宙打開(kāi)了一扇新的大門,后來(lái)產(chǎn)生了時(shí)空穿梭、星際旅行、平行宇宙、多維宇宙、超弦理論的新概念。

有人可能會(huì)疑惑,在正邪兩賦篇,為什么要去思考相對(duì)論和量子力學(xué)呢?一個(gè)廚子不看菜譜,看上兵法了,真讓人感到悲哀。


所謂世事洞明,萬(wàn)事萬(wàn)物都值得我們深思。我個(gè)人又愛(ài)打破砂鍋問(wèn)到底,凡事講究個(gè)刨根問(wèn)底,如果我們不能更清晰的認(rèn)識(shí)這個(gè)世界,也將只能生活在虛無(wú)的道理之中。

我們知道,光是沿直線傳播的,十九世紀(jì)早期,托馬斯·揚(yáng)的雙縫干涉實(shí)驗(yàn),證明了光具有波的性質(zhì),而麥克斯韋通過(guò)研究電磁波,經(jīng)過(guò)計(jì)算,發(fā)現(xiàn)電磁波的傳播速度等于光速,于是人們開(kāi)始廣泛認(rèn)為,光有波的性質(zhì)。經(jīng)過(guò)數(shù)十年的發(fā)展,普朗克進(jìn)一步驗(yàn)證,光輻射在黑色物體上產(chǎn)生了能量,并將這種散射的能量稱之為量子。

后來(lái)愛(ài)因斯坦進(jìn)一步詮釋了這種光電效應(yīng),認(rèn)為光子具有波和粒子的兩種特性,1916年,美國(guó)物理學(xué)者羅伯特·密立根,通過(guò)實(shí)驗(yàn)證實(shí)了愛(ài)因斯坦的光電效應(yīng)理論。自此物理學(xué)界不得不承認(rèn)光不僅具有波動(dòng)效應(yīng),還具有粒子的特性。


近代量子物理學(xué)開(kāi)端,則要從愛(ài)因斯坦通過(guò)狹義相對(duì)論推導(dǎo)出質(zhì)能方程說(shuō)起。愛(ài)因斯坦之所以能推導(dǎo)出質(zhì)能方程,不單與他卓越的數(shù)學(xué)物理才能有關(guān),還與他深邃的哲學(xué)思考有關(guān)。當(dāng)原子能被應(yīng)用到現(xiàn)實(shí)中,人們才驚奇的發(fā)現(xiàn),原來(lái)小小物體之中竟然蘊(yùn)含這么大的能量。而他堅(jiān)持的光速不變理論,后來(lái)也被人證明是正確的。

而后人們發(fā)現(xiàn)在微觀領(lǐng)域,原子核內(nèi)部的質(zhì)子和中子,外部的電子,及產(chǎn)生的各種光子的運(yùn)動(dòng),并不符合經(jīng)典物理學(xué)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。具體體現(xiàn)在量子的隧穿、糾纏、坍縮、疊加以及不可預(yù)測(cè)性。

提到量子力學(xué)最典型的就是量子糾纏了,那么什么是量子糾纏呢?假如一個(gè)零自旋的粒子,衰變成兩個(gè)粒子。這兩個(gè)例子一個(gè)上旋,另一個(gè)必然下旋。一個(gè)變化,另一個(gè)例子必然會(huì)做出相對(duì)應(yīng)的動(dòng)作。這一糾纏現(xiàn)象,即便超越光年的距離,依然會(huì)保持糾纏下去,可是一旦去觀察這種糾纏,就會(huì)導(dǎo)致糾纏態(tài)坍縮。


量子的某些特性也符合愛(ài)因斯坦所提出的廣義相對(duì)論。在廣義相對(duì)論的描述中,一個(gè)高速運(yùn)動(dòng)的物體,它對(duì)于我們的時(shí)間是減慢的。這一特性被應(yīng)用到衛(wèi)星定位導(dǎo)航上。因?yàn)樾l(wèi)星的速度相對(duì)于地球上的人來(lái)說(shuō),速度快的驚人,任何微小的時(shí)間變化,引起的誤差都是不可接受的??茖W(xué)家根據(jù)廣義相對(duì)論的原理,校準(zhǔn)原子鐘,或以地面雙向授時(shí)的方法,讓衛(wèi)星與地面保持天地同時(shí),提高定位精度。

當(dāng)物體的速度加快,它對(duì)于相對(duì)靜止中的人來(lái)說(shuō),時(shí)間就會(huì)變慢,質(zhì)量也會(huì)隨之增加,時(shí)間和空間將會(huì)發(fā)生扭曲。

最典型的例子是黑洞,在黑洞邊緣,光子被強(qiáng)大的引力場(chǎng)吸引著無(wú)法逃離,此時(shí)光子所處的時(shí)空是彎曲的,越趨向于中心,物體的質(zhì)量越大,時(shí)間也會(huì)變慢。

而當(dāng)物體一旦達(dá)到光速,則表現(xiàn)為不可預(yù)測(cè)性,物體的運(yùn)動(dòng)軌跡將呈現(xiàn)出無(wú)數(shù)可能,此時(shí)經(jīng)典物理學(xué)理論則不再適用。量子就像飄忽的幽靈一樣,神出鬼沒(méi)。

當(dāng)物體達(dá)到光速時(shí),它對(duì)于我們的時(shí)間是相對(duì)靜止的,或者說(shuō)也就沒(méi)有了時(shí)間的概念,因此物質(zhì)與能量,時(shí)間與空間四者皆有內(nèi)在聯(lián)系。

愛(ài)因斯坦后來(lái)致力于建立統(tǒng)一場(chǎng),以解釋宇宙各種作用力之間的關(guān)系,他反對(duì)量子力學(xué)的不可預(yù)測(cè)性,認(rèn)為上帝不擲骰子。然而他的研究成果,卻恰恰詮釋了這種不可預(yù)測(cè)性,愛(ài)因斯坦要用自己制造的矛來(lái)保護(hù)自己的盾。后來(lái)他與量子科學(xué)領(lǐng)域新秀,進(jìn)行了長(zhǎng)時(shí)間的辯論。


近代科學(xué)家認(rèn)為在量子領(lǐng)域,存在了人類所無(wú)法理解的超自然現(xiàn)象,而愛(ài)因斯坦覺(jué)得這就是一個(gè)美麗的誤會(huì)。

他認(rèn)為組成物質(zhì)最基本的粒子,是一種能量波,兩個(gè)粒子之所以會(huì)糾纏下去,正是因?yàn)橥环N能量波的諧振。

一個(gè)量子衰變成兩個(gè)糾纏的粒子的本質(zhì),是同一個(gè)波函數(shù)下的分割,兩個(gè)例子具有相同的屬性,因此在衰變之后,便會(huì)產(chǎn)生還在不斷糾纏的誤會(huì)。

他認(rèn)為人們觀察到的所謂糾纏,僅僅是因?yàn)橐皇?,衰變成了兩段相似的波,在振幅頻率穩(wěn)定的情況下,自然是無(wú)論隔多遠(yuǎn)都會(huì)產(chǎn)生相同的震動(dòng)。

而一旦用光子去照射觀察這兩個(gè)處在糾纏狀態(tài)的粒子,它們?cè)镜闹C振頻率就會(huì)被破壞,則會(huì)發(fā)生所謂的坍縮效應(yīng),或稱為不可預(yù)測(cè)性。

薛定諤打了一個(gè)困在原子衰變盒子里的貓來(lái)比喻。在盒子里,有一個(gè)原子可能會(huì)衰變,也可能不會(huì)衰變,而一旦衰變,就會(huì)觸發(fā)盒子里的機(jī)關(guān)殺死貓。薛定諤認(rèn)為,只有打開(kāi)盒子才能驗(yàn)證貓的死活,而不能通過(guò)觀察打開(kāi)盒子一瞬間的變化驗(yàn)證貓的死活,因?yàn)樗プ兪窃谝恢边M(jìn)行著的。


而哥本哈根學(xué)派則反對(duì)衰變隨機(jī)發(fā)生的觀點(diǎn),他們認(rèn)為,這只貓是死和活的疊加態(tài),它在盒子中是活的也是死的,人們觀察盒子的時(shí)候,只能看到它是活著或者死的一瞬間的狀態(tài)。

薛定諤是支持愛(ài)因斯坦的,他打這個(gè)比喻只是諷刺一下,新派量子物理學(xué)家。然而關(guān)于薛定諤的貓的爭(zhēng)吵一直在延續(xù)。后來(lái)另一位大名鼎鼎的科學(xué)家貝爾,決定通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)證明愛(ài)因斯坦是正確的。


于是設(shè)計(jì)了一套實(shí)驗(yàn),來(lái)驗(yàn)證量子的糾纏,是固定的波函數(shù)分割,還是如又死又活的薛定諤的貓那樣的荒唐疊加態(tài)。最后的實(shí)驗(yàn)結(jié)果卻讓人大跌眼鏡,貝爾不等式驗(yàn)證了兩個(gè)糾纏的粒子,在測(cè)量的過(guò)程會(huì)發(fā)生糾纏,而不是兩個(gè)具體相同波函數(shù)的諧振,并不符合愛(ài)因斯坦堅(jiān)持有隱變量控制的觀點(diǎn)。

這并不是一個(gè)美麗的誤會(huì),這說(shuō)明兩個(gè)粒子,無(wú)論隔了多遠(yuǎn),只要一個(gè)發(fā)生運(yùn)動(dòng)變化,另一個(gè)也隨之做出對(duì)應(yīng)的變化,這種現(xiàn)象稱作量子的糾纏。除了量子的糾纏現(xiàn)象之外,量子還有一個(gè)超乎尋常的能力,就是穿墻能力。


能量微弱的α粒子,可以突破原子核的強(qiáng)力勢(shì)壘,逃逸出去。理論上,在強(qiáng)相互作用力下,這種粒子是不可能逃離出原子核內(nèi)部的強(qiáng)力作用,然而這種現(xiàn)象確實(shí)發(fā)生了。

科學(xué)家用量子的隧穿來(lái)描述這種突破能量勢(shì)壘的現(xiàn)象。量子似乎擁有穿越時(shí)空的能力。

根據(jù)愛(ài)因斯坦相對(duì)論,一個(gè)物質(zhì)一旦達(dá)到光速,那么它的運(yùn)動(dòng)軌跡,便充滿了無(wú)數(shù)個(gè)可能性。以前我們認(rèn)為電子圍繞原子核,一層一層轉(zhuǎn)圈運(yùn)動(dòng),但后來(lái)發(fā)現(xiàn),并不是如此,每一層電子的位置是隨機(jī)出現(xiàn)的,能量大的電子站外面, 能量小的電子站里面。


這些電子并不像太陽(yáng)系的行星一樣,乖乖的圍繞太陽(yáng)轉(zhuǎn)圈,而像飄忽的幽靈一樣,一會(huì)出現(xiàn)在這里,一會(huì)出現(xiàn)在那里。

電子能量越大,閃爍的越快,就如光一樣,頻率越快能量越大。打個(gè)比方,這些電子就像是跳躍的炒豆一樣,越熱跳的越高,只是這些炒豆跳躍的位置,是隨機(jī)閃爍出現(xiàn)的。唯一能讓它們老實(shí)的就是原子核的庫(kù)侖力,不讓它們亂跑。

量子世界具有很多人們未知的物理現(xiàn)象,這些神奇的物理現(xiàn)象組合在一起,組成了已知的自然現(xiàn)象。在微觀世界時(shí)間、空間物質(zhì)、能量都是相對(duì)的概念。

通過(guò)量子技術(shù),我們未來(lái)也可以暢享,時(shí)空穿梭、曲率引擎、平行宇宙等等科幻概念。

我們了解量子領(lǐng)域的一些特殊現(xiàn)象,也是為了更好的幫助我們?nèi)ニ伎迹?去認(rèn)識(shí)這個(gè)世界。我們應(yīng)對(duì)生命有敬畏之心,對(duì)未知的世界,抱有探索的欲望。


量子的超時(shí)空糾纏,超越了虛無(wú)主義的迷茫的評(píng)論 (共 條)

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