巢城-第87部分
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“贝尔证明了,如果真的存在一个隐变量,影响了我们的观测结果,那么,多次测量结果的分布概率,必然满足贝尔不等式。
“而阿斯派克特实验本身,同时也证明了,贝尔不等式是不成立的,也就是说——根本不存在这样一个所谓的‘隐变量’……
“总之,你得明白,量子力学的概率性,和经典的概率现象,这二者完全不同。
“量子力学的概率性,是微观世界的一种属性,和宏观世界的概率性,有着完全不同的起源。
“也就是说,量子力学的概率性,是量子力学的一个基本假设,这个假设,完全来自于观测实验,迄今为止,还没有任何理论,或者模型,能够正确地为其提供解释。
“所以,如果想用宏观的规律去理解微观现象,那肯定是徒劳的,也就是说,我们很难为量子力学提供一种直观的解释方式……比如我们刚才提到的‘叠加态’问题……”
(本章完)
第178章 莫利疗养院:叠加态()
听到斯格尔又一次说起“叠加态”,冯对着奎尼使了个眼色,然后表情神秘地小声说道:“你知道吧,我说的另外一种可能性,与这个‘叠加态’的概念,就很有关系……”
接着,冯又对斯格尔说:“我说让你帮我讲解两个实验呢!另外一个实验,就是与这个‘叠加态’的理解有关……”
这时那个年轻模样的虚拟角色也说:“对啊……说实话,你刚才提到,手套处于一种‘既是左手又是右手’的‘叠加’状态,这个说法,我就一直没太明白……”
“唉,又要再讲一遍是吗?”斯格尔看了看冯,又叹了一口气,“要不是看在咱们认识这么多年的份上……”
于是斯格尔解释道:“嗯,要理解微观粒子‘叠加态’的问题,首先得理解,不确定性是作为基本粒子的内禀属性而存在的。
“量子的‘态’,就是指粒子在空间中的状态,比如能量、自旋等等,它可以用波函数描述,所以波函数又被称为‘态函数’。
“‘叠加态’,就是有几种‘本征态’叠加在一起的粒子状态,这时量子的态是不确定的,只有在‘测量’进行时,它才会呈现为一个确定的、被测量到的状态,这可能是它的任何一种‘本征态’。”
斯格尔看了看那个年轻人,说道:“你不理解手套是左手状态与右手状态的‘叠加’,这也不算奇怪。因为,这就是这种类比方法的不足之处所在。当我用‘手套’来打比方时,这就很容易让人产生联想,把处于‘叠加态’的微观粒子,与宏观物体划上等号。于是,这种状态的存在,自然就会让人费解……这就是我刚才说的,如果套用宏观规律,对微观现象进行说明,结果,当然是不符合直觉的。不过,我倒是想起玻尔说过的一句话——‘谁要是第一次听到量子理论时没有感到困惑,那他一定没听懂’……”
“这句话说的没错,”冯说道,“我第一次听到‘薛定谔的猫’,就是这样的感觉……”
斯格尔说:“当然啦,要想理解这个概念,‘薛定谔的猫’,是一个很好的例子……我想你也正是想让我来讲解这个实验……
“首先你们要理解,这个实验尽管非常有名,但其实它只是一个思想实验。思想实验是什么意思?这就是说,要使用想象力来进行实验,因为,这个实验本身,在现实中无法做到,或者暂时还未做到。
“‘薛定谔的猫’,这个思想实验的目的,就是要通过思维推演,把微观领域的量子行为,扩展到宏观世界。
“简单概括一下,这个思想实验是这样的——将一只猫关在装有稳定放射源的密闭容器里;在一小时之内,放射源将有50%的几率发射放射性粒子;只要有放射性粒子发射出来,就会开启探测器,接着会触发机关,打碎一瓶毒药,猫就会死掉;如果没有放射性粒子发射出来,猫就继续存活。
“在这个思想实验中,问题的核心在于,原子核的衰变,是一个随机事件,我们所能精确知道的,只是它的半衰期而已。
“半衰期,就是原子衰变一半所需要的时间。例如,一种原子的半衰期为一小时,那么,一小时后,未衰变的原子就只剩下原来的二分一;两小时后,变成四分一;三小时后,则是八分一。
“这也就是说,对于放在密闭容器中的放射源,我们知道它的半衰期,却无法知道,它具体会在什么时候,发生衰变。
“这样一来,根据量子理论,放射源实际上处于‘衰变’和‘没有衰变’两种状态相叠加的状态,而用来探测放射性粒子的探测器,也将因此处于‘开启’与‘未开启’两种状态相叠加的状态——
“如果我们进一步推论,这也就意味着,对于外部观测者来说,如果不揭开密闭容器的盖子,就无法根据我们的日常生活经验,确切地知道,那只猫到底是死还是活——容器内的猫也理应处于‘死猫’和‘活猫’两种状态相叠加的状态!
“而猫怎么可能既死又活呢?!这只‘既死又活’、‘不死不活’、‘死活叠加’的猫,就是著名的‘薛定谔的猫’。”
“对,对!”冯高兴地像个孩子一样,“‘薛定谔的猫’,这是一只神奇的猫……”
斯格尔瞥了冯一眼,有些不以为然的说道:“我以前早就说过了,‘薛定谔的猫’,它可不是什么真实的存在……
“其实,薛定谔提出这个思想实验的本意,是想把微观的放射源粒子,和宏观的猫,二者联系起来,将量子叠加态的现象,带到宏观世界——
“结果,他就得到了一只‘既死又活’的猫。明白吗?‘既死又活’、‘不死不活’!从逻辑上说,这样的结论,显然是荒谬的!我们从未在宏观世界观察到‘量子叠加态’的现象,这种‘叠加态’的猫,根本就不存在。
“所以,薛定谔借助这个思想实验,正是希望向人们指出,量子叠加态的理论,是错误的,或者是不完备的;又或者,借助这个思想实验,至少可以否定,在宏观世界存在量子叠加态……”
“可是,我相信,宏观世界确实有量子叠加态存在……”冯有些激动地说道。
斯格尔点点说:“这样的观点也不是没有道理……因为,随着量子力学的发展,量子物理学家先后通过各种方案,获得了近似宏观的量子叠加态——他们先是使4个离子或5个光子一同达到了与‘薛定谔猫’相似的叠加态,后来又使6个甚至8个铍离子作为整体也实现了这种状态……
“这也反过来证明,量子力学对于微观粒子世界的认识和理解,尽管看似超乎常理,但是却被实验证明是正确的。
“而薛定谔所指出的荒谬现象,其实也是真实存在的——如果,有更多粒子构成的系统,也能达到这样的状态,并且,能够将这样的状态,保持足够长的时间,那么,在我们可以直接感受到的宏观世界,也将会有‘叠加态’存在……”
(本章完)
第179章 莫利疗养院:标准解释()
“你们听到了吧?”冯有些得意地说道,仿佛他听斯格尔讲解了这么多内容,就是等着他说出这么一句评论,“你们明白这句话的意思吗?我们这个宏观世界中,也有‘叠加态’存在……或许我们本身,也是以‘叠加态’的形式存在着……”
“你做出这样的推论,我可不能认同……”斯格尔摇摇头说道,“不过……如果不是因为那场大灾难,导致量子物理的发展,停滞了将近一百年……也许,今天的我们,早就已经看到真实版的‘薛定谔的猫’……不是吗?!如果不是因为那场大灾难,至少,对于‘薛定谔的猫’,我们早就能够给出一个解释——到底是因为意识导致波函数坍塌?还是因为平行宇宙?……”
“对,对……”冯又一次打断了斯格尔,“就是你说的这样,‘意识导致波函数坍塌’,这就是最终的解释……”
“你没有把我的话听完整,”斯格尔向冯解释道,“我说了,除了这种解释方法之外,还存在着平行宇宙的可能性……再说,除了这两种解释,或许还有其他可能性……”
但是冯显得很不耐烦:“我不管有什么其他解释,我们这个世界,是以‘叠加态’的形式存在的,而且意识可以导致波函数坍塌……这就是正确的解释,而且是唯一正确的解释……对于这个解释,我有足够的办法加以证明!”
斯格尔刚要对此加以反驳,冯却突然大发脾气,他大声地说道:“你来这里做什么?你要帮助我弄清这些事情,不是吗?!不是来反对我!你现在应该做的,是要把‘意识导致波函数坍塌’的说法,向我们解释清楚……”
对于冯这样粗鲁的态度,斯格尔先是愣了一下,接下来,却没有做出任何不满的表示。相反,他冲着冯点了点头,看他脸上的表情,就像是冯的奴仆一般顺从。
“哦,那好,”斯格尔不紧不慢地说着,但是声音听起来干巴巴的,与之前说话的状态似乎不太一样,“那我就给你解释一下吧……”
斯格尔说:“要回答这个问题,我们还是得先回到‘薛定谔的猫’的思维实验。
“在我们把密闭容器打开之前,我们并不知道,放射源有没有发生衰变,因此,从观察者的角度来看,不可能知道,猫到底是死还是活,猫的状态是不确定的。
“但是,对于这种不确定,其实还可以针对两种情况分别做出两种假设。
“一种情况是,在打开容器之前,猫是死是活,作为猫的一种属性,是已经确定地存在着的,而所谓的‘不确定’,只是因为我们对它是死是活的现实情况缺乏了解;
“而另一种情况是,在容器被打开之前,这只猫是死是活,本身就没有确定的属性,这与我们是否了解情况没有关系;
“当然,前一种情况,是符合我们日常生活直觉的,是一种常识性的理解。
“这就好比,我把桌上的方糖,放进自己的口袋,让你们来猜。你们几个,虽然说不清方糖到底有几块,但是却不怀疑,这些方糖的种种属性,是早就已经确定了的。
“但是,在量子理论中,这些常识性的印象,一概都不成立。
“在我们打开密闭容器之前,容器里发生了什么?在量子理论解释下的猫的存在,实际上是‘猫死’和‘猫活’两种状态的叠加。也就是说,猫的生死,作为猫的一种属性,它是不确定的。这显然违反我们的生活常识。
“薛定谔本人支持前一种假设的。他想通过‘薛定谔的猫’证明,量子理论数学遗漏了某种因素,因此没有抓住真正的现实,只有把这种消失的因素——也就是隐藏变量——增加进来,量子理论才能与直觉的现实相一致。
“而与后一种假设相对应的解释,主要就是两种:一种是标准解释,也叫做哥本哈根解释,薛定谔也正是为反驳这个假设提出了自己的思维实验;另外一种就是多世界解释,也就是平行世界的解释。
“那么,按照您的要求,对于平行世界的解释方法,我们就暂且不谈,而是着重说一说,什么是哥本哈根解释。
“哥本哈根解释的支持者认为,量子理论本身,已经是个非常完整的理论,不需要任何‘隐藏变量’,也不需要附加其他任何条件。同时,他们认为,量子理论,不应受到生活直觉的牵制。
“他们认为,在‘薛定谔的猫’这个实验中,放射源衰变粒子的状态,可以被‘波函数’所代表,而‘波函数’本身,就是由叠加状态构成的。
“哥本哈根解释的支持者,在原有量子数学的基础上,增加了一个新东西,通常称之为‘投影假设’。这个‘投影假设’,能够解释一般所说的‘波函数’的‘减少’,而这种‘波函数’的‘减少’,通常又称为‘波函数坍塌’。
“按照‘投影假设’的说法,在测量之前,量子实体被‘波函数’描述成叠加状态,但是,在测量进行时,包含有两种状态的叠加状态,就会‘坍塌’成一种新的状态。于是,这就产生了一个新的‘波函数’,用来代表这种‘坍塌’后的新状态。
“按照我们从日常生活中得到的直觉,‘波函数’的‘坍塌’,实在是件让人很难想象的事情,但是,它却与实验观察的结果,却是完全一致。
“我们知道,像电子、光子这样的微观粒子,它们既不在这个地方,也不在那个地方,更不在任何地方;还有,它们既不这样自旋,也不那样自旋……
“在哥本哈根解释支持�