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量子的超时空纠缠,超越了虚无主义的迷茫

2023-09-06 15:29 作者:同读红楼梦  | 我要投稿

如今,很多人陷入虚无主义的迷茫中。所谓虚无主义,是对眼前的世界缺乏探索的欲望,而思想越怠惰,情绪也越消极。

2020年诺贝尔物理学奖得主彭罗斯提出的神经量子纠缠理论,为我们了解意识的产生提供了新思路。


随着人类对量子领域不断了解,许多常识性的物理知识也逐渐被颠覆。我们不必为无法捉摸的未来而担忧,不妨保持一颗敬畏之心,明天或许会更有希望呢?

中华文化的哲学思想,很多就像量子领域的哲学一样,古代先哲对宇宙的探索,对我们理解近代物理学的一些概念,也有很强的借鉴意义。在下仅以个人对这些物理现象的理解,做一些哲学概念上的解读,也可以帮助我们以另一视角,更好的审视我们生存的世界。

宇宙有很多值得人们去探索的奥妙,二十世纪兴起的量子力学,为人类认识宇宙打开了一扇新的大门,后来产生了时空穿梭、星际旅行、平行宇宙、多维宇宙、超弦理论的新概念。

有人可能会疑惑,在正邪两赋篇,为什么要去思考相对论和量子力学呢?一个厨子不看菜谱,看上兵法了,真让人感到悲哀。


所谓世事洞明,万事万物都值得我们深思。我个人又爱打破砂锅问到底,凡事讲究个刨根问底,如果我们不能更清晰的认识这个世界,也将只能生活在虚无的道理之中。

我们知道,光是沿直线传播的,十九世纪早期,托马斯·扬的双缝干涉实验,证明了光具有波的性质,而麦克斯韦通过研究电磁波,经过计算,发现电磁波的传播速度等于光速,于是人们开始广泛认为,光有波的性质。经过数十年的发展,普朗克进一步验证,光辐射在黑色物体上产生了能量,并将这种散射的能量称之为量子。

后来爱因斯坦进一步诠释了这种光电效应,认为光子具有波和粒子的两种特性,1916年,美国物理学者罗伯特·密立根,通过实验证实了爱因斯坦的光电效应理论。自此物理学界不得不承认光不仅具有波动效应,还具有粒子的特性。


近代量子物理学开端,则要从爱因斯坦通过狭义相对论推导出质能方程说起。爱因斯坦之所以能推导出质能方程,不单与他卓越的数学物理才能有关,还与他深邃的哲学思考有关。当原子能被应用到现实中,人们才惊奇的发现,原来小小物体之中竟然蕴含这么大的能量。而他坚持的光速不变理论,后来也被人证明是正确的。

而后人们发现在微观领域,原子核内部的质子和中子,外部的电子,及产生的各种光子的运动,并不符合经典物理学的运动规律。具体体现在量子的隧穿、纠缠、坍缩、叠加以及不可预测性。

提到量子力学最典型的就是量子纠缠了,那么什么是量子纠缠呢?假如一个零自旋的粒子,衰变成两个粒子。这两个例子一个上旋,另一个必然下旋。一个变化,另一个例子必然会做出相对应的动作。这一纠缠现象,即便超越光年的距离,依然会保持纠缠下去,可是一旦去观察这种纠缠,就会导致纠缠态坍缩。


量子的某些特性也符合爱因斯坦所提出的广义相对论。在广义相对论的描述中,一个高速运动的物体,它对于我们的时间是减慢的。这一特性被应用到卫星定位导航上。因为卫星的速度相对于地球上的人来说,速度快的惊人,任何微小的时间变化,引起的误差都是不可接受的。科学家根据广义相对论的原理,校准原子钟,或以地面双向授时的方法,让卫星与地面保持天地同时,提高定位精度。

当物体的速度加快,它对于相对静止中的人来说,时间就会变慢,质量也会随之增加,时间和空间将会发生扭曲。

最典型的例子是黑洞,在黑洞边缘,光子被强大的引力场吸引着无法逃离,此时光子所处的时空是弯曲的,越趋向于中心,物体的质量越大,时间也会变慢。

而当物体一旦达到光速,则表现为不可预测性,物体的运动轨迹将呈现出无数可能,此时经典物理学理论则不再适用。量子就像飘忽的幽灵一样,神出鬼没。

当物体达到光速时,它对于我们的时间是相对静止的,或者说也就没有了时间的概念,因此物质与能量,时间与空间四者皆有内在联系。

爱因斯坦后来致力于建立统一场,以解释宇宙各种作用力之间的关系,他反对量子力学的不可预测性,认为上帝不掷骰子。然而他的研究成果,却恰恰诠释了这种不可预测性,爱因斯坦要用自己制造的矛来保护自己的盾。后来他与量子科学领域新秀,进行了长时间的辩论。


近代科学家认为在量子领域,存在了人类所无法理解的超自然现象,而爱因斯坦觉得这就是一个美丽的误会。

他认为组成物质最基本的粒子,是一种能量波,两个粒子之所以会纠缠下去,正是因为同一种能量波的谐振。

一个量子衰变成两个纠缠的粒子的本质,是同一个波函数下的分割,两个例子具有相同的属性,因此在衰变之后,便会产生还在不断纠缠的误会。

他认为人们观察到的所谓纠缠,仅仅是因为一束波,衰变成了两段相似的波,在振幅频率稳定的情况下,自然是无论隔多远都会产生相同的震动。

而一旦用光子去照射观察这两个处在纠缠状态的粒子,它们原本的谐振频率就会被破坏,则会发生所谓的坍缩效应,或称为不可预测性。

薛定谔打了一个困在原子衰变盒子里的猫来比喻。在盒子里,有一个原子可能会衰变,也可能不会衰变,而一旦衰变,就会触发盒子里的机关杀死猫。薛定谔认为,只有打开盒子才能验证猫的死活,而不能通过观察打开盒子一瞬间的变化验证猫的死活,因为衰变是在一直进行着的。


而哥本哈根学派则反对衰变随机发生的观点,他们认为,这只猫是死和活的叠加态,它在盒子中是活的也是死的,人们观察盒子的时候,只能看到它是活着或者死的一瞬间的状态。

薛定谔是支持爱因斯坦的,他打这个比喻只是讽刺一下,新派量子物理学家。然而关于薛定谔的猫的争吵一直在延续。后来另一位大名鼎鼎的科学家贝尔,决定通过实验来证明爱因斯坦是正确的。


于是设计了一套实验,来验证量子的纠缠,是固定的波函数分割,还是如又死又活的薛定谔的猫那样的荒唐叠加态。最后的实验结果却让人大跌眼镜,贝尔不等式验证了两个纠缠的粒子,在测量的过程会发生纠缠,而不是两个具体相同波函数的谐振,并不符合爱因斯坦坚持有隐变量控制的观点。

这并不是一个美丽的误会,这说明两个粒子,无论隔了多远,只要一个发生运动变化,另一个也随之做出对应的变化,这种现象称作量子的纠缠。除了量子的纠缠现象之外,量子还有一个超乎寻常的能力,就是穿墙能力。


能量微弱的α粒子,可以突破原子核的强力势垒,逃逸出去。理论上,在强相互作用力下,这种粒子是不可能逃离出原子核内部的强力作用,然而这种现象确实发生了。

科学家用量子的隧穿来描述这种突破能量势垒的现象。量子似乎拥有穿越时空的能力。

根据爱因斯坦相对论,一个物质一旦达到光速,那么它的运动轨迹,便充满了无数个可能性。以前我们认为电子围绕原子核,一层一层转圈运动,但后来发现,并不是如此,每一层电子的位置是随机出现的,能量大的电子站外面, 能量小的电子站里面。


这些电子并不像太阳系的行星一样,乖乖的围绕太阳转圈,而像飘忽的幽灵一样,一会出现在这里,一会出现在那里。

电子能量越大,闪烁的越快,就如光一样,频率越快能量越大。打个比方,这些电子就像是跳跃的炒豆一样,越热跳的越高,只是这些炒豆跳跃的位置,是随机闪烁出现的。唯一能让它们老实的就是原子核的库仑力,不让它们乱跑。

量子世界具有很多人们未知的物理现象,这些神奇的物理现象组合在一起,组成了已知的自然现象。在微观世界时间、空间物质、能量都是相对的概念。

通过量子技术,我们未来也可以畅享,时空穿梭、曲率引擎、平行宇宙等等科幻概念。

我们了解量子领域的一些特殊现象,也是为了更好的帮助我们去思考, 去认识这个世界。我们应对生命有敬畏之心,对未知的世界,抱有探索的欲望。


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