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深度長(zhǎng)文:量子力學(xué)到底有多詭異?人類的世界觀徹底被顛覆!

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想象這樣一個(gè)場(chǎng)景:忙碌了一整天,你拖著疲憊的身體回到家,只想好好放松一下。卸下一身的壓力,你癱坐在柔軟的沙發(fā)上,習(xí)慣性地伸手摸向口袋,掏出手機(jī)——這是現(xiàn)代人最熟悉的放松方式,刷幾條短視頻、看一則搞笑段子,就能暫時(shí)忘卻一天的疲憊。就在你指尖輕點(diǎn),剛打開短視頻APP的瞬間,詭異的事情發(fā)生了:手中的手機(jī),毫無(wú)征兆地、憑空消失了。



沒有任何聲音,沒有任何痕跡,就像從來(lái)沒有存在過一樣。你低頭看著空空如也的手掌,整個(gè)人瞬間懵住了,大腦一片空白?!笆謾C(jī)呢?”你下意識(shí)地喃喃自語(yǔ),甚至懷疑自己是不是工作太累、出現(xiàn)了幻覺。你用力眨了眨眼睛,再看手掌,還是空的;摸了摸口袋,沒有;看了看沙發(fā)縫隙,也沒有。

那種突如其來(lái)的茫然和恐慌,瞬間席卷了全身。你不再是放松的狀態(tài),而是變得手忙腳亂,像是丟了什么珍寶一樣,瘋狂地在沙發(fā)上尋找。你把沙發(fā)墊掀起來(lái),仔細(xì)檢查每一個(gè)縫隙,甚至把手伸進(jìn)沙發(fā)的角落,反復(fù)摸索,可無(wú)論你怎么找,那部手機(jī)就像人間蒸發(fā)了一樣,蹤跡全無(wú)。

你完全不知所措,心臟怦怦直跳,嚇得六神無(wú)主?;艁y中,你感到口干舌燥,喉嚨像是要冒煙一樣,下意識(shí)地想起廚房里還有水,于是你扶著沙發(fā),慢慢站起身,跌跌撞撞地走進(jìn)廚房——此刻的你,甚至不敢多想,只想著先喝口水,平復(fù)一下慌亂的心情。

可就在你走進(jìn)廚房,抬頭看向操作臺(tái)的瞬間,一股寒意從后背直竄頭頂,渾身的汗毛都豎了起來(lái)。你分明看到,那部剛剛憑空消失的手機(jī),正安安靜靜地躺在電飯鍋旁邊,屏幕還亮著,甚至還在播放著你剛打開的短視頻,聲音清晰地傳來(lái),和你剛才消失前的畫面一模一樣。

“怎么可能?”你忍不住尖叫出聲,腳步下意識(shí)地后退了一步,差點(diǎn)撞到身后的餐桌。手機(jī)怎么會(huì)自己跑到廚房?它剛才明明在你手里,憑空消失后,怎么會(huì)出現(xiàn)在一個(gè)你根本沒去過的地方?沒有任何人移動(dòng)它,沒有任何外力作用,它就像擁有了“瞬移”的超能力,從沙發(fā)上瞬間轉(zhuǎn)移到了廚房里。

看到這里,你可能會(huì)覺得,我是不是在講一個(gè)無(wú)聊的鬼故事?或者是一個(gè)荒誕不經(jīng)的幻想?畢竟在我們的現(xiàn)實(shí)世界里,這樣的事情從來(lái)沒有發(fā)生過,也不可能發(fā)生。手機(jī)是宏觀物體,它有固定的形狀、固定的質(zhì)量,它不可能憑空消失,更不可能自己瞬移到另一個(gè)地方——這違背了我們所有的日常直覺,違背了我們所熟知的大自然法則。



你說得沒錯(cuò),在我們生活的宏觀世界里,這樣的“超自然”現(xiàn)象,確實(shí)永遠(yuǎn)不會(huì)發(fā)生。但如果我們把這部手機(jī),縮小到微觀尺度,縮小到比原子還要小的級(jí)別,那么發(fā)生這樣的事情,就不足為奇了。事實(shí)上,這種看起來(lái)瘋狂、詭異、甚至有些恐怖的事情,在量子世界里,每一天、每一秒都在不斷上演,這就是量子世界的常態(tài)。

要理解這一切,我們首先要抓住量子世界的核心——不確定性。和我們宏觀世界的“確定性”完全不同,量子世界里的一切,都是不確定的,沒有任何絕對(duì)的規(guī)律可言,我們永遠(yuǎn)無(wú)法精準(zhǔn)預(yù)測(cè)微觀粒子的行為,只能用概率去描述它們的狀態(tài)。

舉個(gè)最簡(jiǎn)單的例子:在宏觀世界里,一個(gè)物體的位置和速度,是可以同時(shí)確定的。比如,你正在路上開車,你的車在某個(gè)瞬間的位置(比如在XX路XX號(hào)路口),以及你的車速(比如60公里/小時(shí)),我們都可以精準(zhǔn)測(cè)量出來(lái),甚至可以根據(jù)這些數(shù)據(jù),預(yù)測(cè)出你接下來(lái)幾分鐘會(huì)到達(dá)哪里。這是我們習(xí)以為常的事情,也是經(jīng)典物理學(xué)所遵循的基本規(guī)律。



但在量子世界里,這樣的“精準(zhǔn)預(yù)測(cè)”是完全不可能的。量子力學(xué)告訴我們,我們永遠(yuǎn)無(wú)法同時(shí)確定一個(gè)微觀粒子的位置和速度信息——這就是著名的海森堡不確定性原理(不用記這個(gè)專業(yè)名詞,知道意思就行)。



也就是說,一個(gè)微觀粒子,它可能在任何地方出現(xiàn),我們無(wú)法知道它此刻具體在哪個(gè)位置;它也可能擁有任何速度,我們無(wú)法精準(zhǔn)測(cè)量它的速度。

更瘋狂的是,微觀粒子甚至可以同時(shí)出現(xiàn)在兩個(gè)不同的地方。想象一下,如果你是一個(gè)微觀粒子,你可以一邊在家里吃飯,一邊在公司上班;一邊在海邊曬太陽(yáng),一邊在雪山滑雪——這種在宏觀世界里完全不可能發(fā)生的事情,在量子世界里,卻是微觀粒子的“常規(guī)操作”。

就像我們剛才那個(gè)手機(jī)的思想實(shí)驗(yàn),如果手機(jī)變成了一個(gè)微觀粒子,那么它憑空消失、又出現(xiàn)在廚房,就變得非常合理了——它并不是真的“消失”了,而是從沙發(fā)所在的位置,瞬間出現(xiàn)在了廚房的位置,甚至在同一時(shí)間,它既在沙發(fā)上,又在廚房里。這種詭異的行為,在微觀世界里,再正常不過。

對(duì)于微觀粒子的這種詭異行為,物理學(xué)家們也無(wú)法用我們熟悉的語(yǔ)言去描述,只能用一種叫做“波函數(shù)”的數(shù)學(xué)工具,來(lái)描述它們的狀態(tài)。說白了,在我們沒有觀測(cè)微觀粒子的時(shí)候,它看起來(lái)完全就是一種波——就像我們平時(shí)看到的水波、聲波一樣,沒有固定的形狀,沒有固定的位置,可以擴(kuò)散到整個(gè)空間,甚至可以同時(shí)出現(xiàn)在多個(gè)地方。

我們可以用一個(gè)生活化的類比,來(lái)理解這種“波的狀態(tài)”。



想象一下,你往平靜的湖面里扔一顆石子,湖面會(huì)泛起一圈圈的水波,這些水波會(huì)慢慢擴(kuò)散,覆蓋越來(lái)越大的范圍。這時(shí)候,你很難說清楚“水波具體在哪個(gè)位置”——它既在石子落水的地方,也在擴(kuò)散后的每一個(gè)角落。微觀粒子在沒有被觀測(cè)時(shí),就和這水波一樣,以波的形式存在,彌漫在整個(gè)空間里,位置是完全不確定的。

但當(dāng)我們想知道微觀粒子到底是什么狀態(tài)、具體在哪個(gè)位置時(shí),就必須對(duì)它進(jìn)行觀測(cè)——比如用儀器去探測(cè)它。而最詭異的事情,就在我們觀測(cè)的一瞬間發(fā)生了:原本以波的形式存在、位置不確定的微觀粒子,會(huì)瞬間從模糊的不確定狀態(tài),坍縮為某一個(gè)固定的狀態(tài),從波的特性,突然變成了粒子的特性。這種現(xiàn)象,在物理學(xué)上被稱為“波函數(shù)坍縮”。



我們還是用剛才的水波類比,來(lái)通俗地解釋一下:當(dāng)你往湖面扔一顆石子,泛起的水波正在擴(kuò)散,這時(shí)候,如果你用手去觸碰水波,水波會(huì)瞬間破碎,變成一個(gè)個(gè)細(xì)小的水珠,原本彌漫在湖面的波,瞬間變成了有固定位置的水珠。微觀粒子的“波函數(shù)坍縮”,就和這個(gè)過程一模一樣——觀測(cè)行為,就相當(dāng)于你用手去觸碰水波,讓原本的波,瞬間變成了有固定位置的粒子。

簡(jiǎn)單來(lái)說,在不觀測(cè)微觀粒子的時(shí)候,它表現(xiàn)出波動(dòng)性,位置不確定、甚至可以同時(shí)出現(xiàn)在多個(gè)地方;一旦我們實(shí)施觀測(cè),它就會(huì)表現(xiàn)出粒子性,擁有了固定的位置、固定的狀態(tài),也就是我們能看到的“確定性”。這種“觀測(cè)行為會(huì)影響觀測(cè)結(jié)果”的現(xiàn)象,就是量子世界里著名的“觀察者效應(yīng)”。

說到這里,可能有很多人會(huì)感到瘋狂:難道現(xiàn)實(shí)世界的存在與否,竟然取決于我們的觀測(cè)?在我們沒有觀測(cè)的時(shí)候,所謂的現(xiàn)實(shí),就是不存在的,完全是一個(gè)模糊、不確定的世界;而一旦我們實(shí)施觀測(cè),這個(gè)模糊的世界,就會(huì)瞬間坍縮為我們所看到的現(xiàn)實(shí)世界?



沒錯(cuò),從量子力學(xué)的角度來(lái)看,確實(shí)是這樣的。這聽起來(lái)非?;闹?,違背了我們所有的直覺,但這就是量子世界的真相。我們平時(shí)看到的、感受到的這個(gè)穩(wěn)定、確定的宏觀世界,其實(shí)都是我們“觀測(cè)”出來(lái)的結(jié)果。如果沒有觀測(cè),整個(gè)世界可能就是一片模糊的、不確定的波,沒有固定的形狀,沒有固定的物體,甚至沒有固定的規(guī)律。

還好,這種看起來(lái)讓人瘋狂的特性,只會(huì)出現(xiàn)在量子世界里,而不會(huì)出現(xiàn)在我們的宏觀世界里。如果宏觀世界也遵循量子世界的規(guī)律,那么我們的生活將會(huì)變得一團(tuán)糟:手機(jī)會(huì)憑空消失、汽車會(huì)瞬間瞬移、我們自己可能會(huì)同時(shí)出現(xiàn)在多個(gè)地方,甚至我們的親人、朋友,也可能在一瞬間變得模糊不清——這樣的世界,想想都讓人不寒而栗,后果不堪設(shè)想。

為什么宏觀世界和量子世界的差異會(huì)這么大呢?其實(shí)答案很簡(jiǎn)單:因?yàn)楹暧^世界是由無(wú)數(shù)個(gè)微觀粒子組成的,當(dāng)無(wú)數(shù)個(gè)微觀粒子聚集在一起,形成宏觀物體時(shí),它們的量子特性會(huì)相互抵消、相互掩蓋,最終呈現(xiàn)出我們所看到的“確定性”。就像無(wú)數(shù)個(gè)微小的水波,聚集在一起,就變成了平靜的湖面,再也看不到水波的擴(kuò)散和不確定性。

量子世界的這種不確定性,并不是單一的現(xiàn)象,而是包含了很多具體的特性,比如我們經(jīng)常聽到的量子糾纏、疊加態(tài)原理、量子隧穿效應(yīng)等等。這些特性每一個(gè)都非常詭異,每一個(gè)都顛覆我們的世界觀,接下來(lái),我們就用通俗的語(yǔ)言,一個(gè)個(gè)給大家講清楚。



首先來(lái)說說疊加態(tài)原理——這是量子世界最核心、最詭異的特性之一,也是我們理解量子不確定性的關(guān)鍵。關(guān)于疊加態(tài),最著名的例子,當(dāng)屬物理學(xué)家薛定諤提出的思想實(shí)驗(yàn)——薛定諤的貓。相信很多人都聽說過這個(gè)實(shí)驗(yàn),這里我們就不再過多糾結(jié)于專業(yè)細(xì)節(jié),只用大白話,把它講得更通俗、更易懂。

薛定諤的貓實(shí)驗(yàn),是這樣設(shè)想的:把一只貓放進(jìn)一個(gè)密封的箱子里,箱子里除了貓,還有一個(gè)放射性原子核、一個(gè)蓋革計(jì)數(shù)器(用來(lái)檢測(cè)原子核是否衰變),以及一瓶劇毒的氰化物。這個(gè)放射性原子核,在一定的時(shí)間內(nèi),有50%的概率會(huì)衰變,也有50%的概率不會(huì)衰變——這是一個(gè)典型的量子不確定性事件。



如果原子核衰變了,就會(huì)釋放出一個(gè)微小的粒子,這個(gè)粒子會(huì)觸發(fā)蓋革計(jì)數(shù)器,蓋革計(jì)數(shù)器會(huì)發(fā)出一個(gè)信號(hào),觸發(fā)一個(gè)錘子,錘子會(huì)打碎裝有氰化物的瓶子,氰化物泄漏出來(lái),貓就會(huì)被毒死;如果原子核沒有衰變,就不會(huì)觸發(fā)后續(xù)的一系列反應(yīng),貓就會(huì)一直活著。

現(xiàn)在,問題來(lái)了:在我們沒有打開箱子、沒有觀測(cè)箱子里的情況時(shí),這只貓是死的,還是活的?

在宏觀世界里,答案很明確:要么是死的,要么是活的,二者只能選其一,不可能同時(shí)存在。但按照量子力學(xué)中的疊加態(tài)原理,答案就變得非常詭異了:在我們沒有觀測(cè)的時(shí)候,這只貓既不是死的,也不是活的,而是“既死又活”的疊加態(tài)。

你沒有看錯(cuò),就是“既死又活”——這種在宏觀世界里完全不可能存在的狀態(tài),在量子世界里,卻是真實(shí)存在的。這只貓,在密封的箱子里,同時(shí)擁有“活著”和“死亡”兩種狀態(tài),兩種狀態(tài)相互疊加,不分彼此。



而當(dāng)我們想看看這只“既死又活”的貓到底是什么樣的時(shí)候,在我們打開箱子的一瞬間,詭異的事情就會(huì)發(fā)生:這種“既死又活”的疊加態(tài),必須進(jìn)行二選一,瞬間坍縮為“要么死,要么活”的固定狀態(tài)。也就是說,我們打開箱子后,只能看到一只死貓,或者一只活貓,而永遠(yuǎn)不可能看到一只“既死又活”的貓。

這就是疊加態(tài)的詭異之處——在沒有觀測(cè)的時(shí)候,微觀粒子(或者由微觀粒子組成的系統(tǒng))可以同時(shí)處于多種狀態(tài)的疊加之中;一旦進(jìn)行觀測(cè),疊加態(tài)就會(huì)坍縮,只留下一種固定的狀態(tài)。薛定諤的貓實(shí)驗(yàn),就是把微觀世界的疊加態(tài),巧妙地映射到了宏觀世界,讓我們直觀地感受到了量子世界的荒謬與神奇。



可能有人會(huì)問:既然疊加態(tài)這么詭異,我們有沒有辦法親眼看到這種狀態(tài)呢?答案是:不能。因?yàn)橹灰覀冊(cè)噲D觀測(cè),疊加態(tài)就會(huì)坍縮,變成固定的狀態(tài),我們永遠(yuǎn)無(wú)法直接觀測(cè)到“既死又活”的貓,也永遠(yuǎn)無(wú)法直接觀測(cè)到一個(gè)微觀粒子同時(shí)出現(xiàn)在兩個(gè)地方的樣子。這就是量子世界的“任性”——它不會(huì)讓我們輕易看到它的真面目,只要我們?cè)噲D窺探,它就會(huì)立刻“偽裝”起來(lái)。

除了薛定諤的貓,還有一個(gè)著名的實(shí)驗(yàn),也能完美體現(xiàn)疊加態(tài)和觀察者效應(yīng),那就是電子雙縫干涉實(shí)驗(yàn)。這個(gè)實(shí)驗(yàn)非常經(jīng)典,也是量子力學(xué)中最具代表性的實(shí)驗(yàn)之一,我們用通俗的語(yǔ)言,簡(jiǎn)單給大家講一講。



實(shí)驗(yàn)的裝置很簡(jiǎn)單:一個(gè)電子發(fā)射器,用來(lái)發(fā)射電子;一個(gè)帶有兩條狹縫的擋板,電子會(huì)穿過狹縫;一個(gè)屏幕,用來(lái)接收穿過狹縫的電子,顯示電子的落點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)的過程也很簡(jiǎn)單:讓電子發(fā)射器一個(gè)個(gè)地發(fā)射電子,觀察電子穿過狹縫后,在屏幕上形成的圖案。

首先,我們不進(jìn)行觀測(cè),只是讓電子自由穿過狹縫。這時(shí)候,神奇的事情發(fā)生了:電子穿過狹縫后,在屏幕上形成了一道道明暗相間的條紋——這種條紋,是波的典型特征,就像我們平時(shí)看到的水波穿過兩個(gè)狹縫后,形成的干涉條紋一樣。這說明,在沒有觀測(cè)的時(shí)候,電子表現(xiàn)出了波的特性,它就像一道波一樣,同時(shí)穿過了兩條狹縫,并且和自己產(chǎn)生了干涉,最終在屏幕上形成了干涉條紋。

接下來(lái),我們進(jìn)行觀測(cè):在擋板的狹縫旁邊,安裝一個(gè)探測(cè)器,用來(lái)觀測(cè)電子到底是穿過了哪一條狹縫。這時(shí)候,更神奇的事情發(fā)生了:屏幕上的明暗相間的干涉條紋,瞬間消失了,取而代之的是兩道清晰的亮紋——這是粒子的典型特征,就像我們平時(shí)看到的子彈穿過狹縫后,在屏幕上形成的兩道彈痕一樣。



這意味著,當(dāng)我們不觀測(cè)電子的時(shí)候,電子表現(xiàn)出波動(dòng)性,同時(shí)穿過兩條狹縫,形成干涉條紋;當(dāng)我們實(shí)施觀測(cè)的時(shí)候,電子就表現(xiàn)出粒子性,只穿過其中一條狹縫,不再形成干涉條紋。電子的狀態(tài),因?yàn)槲覀兊挠^測(cè)行為,發(fā)生了徹底的改變——這就是觀察者效應(yīng)最直觀的體現(xiàn),也是疊加態(tài)坍縮的典型例子。

這個(gè)實(shí)驗(yàn),徹底顛覆了我們的世界觀。它告訴我們,微觀粒子的行為,并不是固定不變的,而是會(huì)受到我們觀測(cè)行為的影響——我們觀測(cè)它,它就變成粒子;我們不觀測(cè)它,它就變成波。這種“觀測(cè)決定狀態(tài)”的特性,在宏觀世界里,是完全無(wú)法想象的。

而微觀粒子的這種不確定性,并不是只針對(duì)某一種微觀粒子,而是對(duì)所有微觀粒子都適用。比如說,我們最熟悉的原子,它由原子核和電子組成,電子在原子核周圍運(yùn)動(dòng)。但和我們平時(shí)想象的不一樣,電子并不是像地球圍繞太陽(yáng)那樣,沿著固定的軌道圍繞原子核旋轉(zhuǎn)——它的位置是完全不確定的,會(huì)隨機(jī)出現(xiàn)在原子核周圍的任何地方。



物理學(xué)家們,把電子這種隨機(jī)出現(xiàn)的區(qū)域,叫做“電子云”——也就是說,電子并不是一個(gè)固定的點(diǎn),而是像一團(tuán)云霧一樣,彌漫在原子核周圍,我們無(wú)法知道它此刻具體在哪個(gè)位置,只能知道它在某個(gè)位置出現(xiàn)的概率。比如,電子在原子核附近出現(xiàn)的概率很高,在離原子核很遠(yuǎn)的地方出現(xiàn)的概率很低,但無(wú)論概率多低,它都有可能出現(xiàn)在那里。

更瘋狂的是,電子甚至有極小的概率,會(huì)隨機(jī)出現(xiàn)在宇宙中的任何位置。比如說,此刻圍繞著你身體里某個(gè)原子旋轉(zhuǎn)的電子,它有可能瞬間出現(xiàn)在火星上,有可能出現(xiàn)在月球上,甚至有可能出現(xiàn)在遙遠(yuǎn)的銀河系之外——只是這種概率,小到幾乎可以忽略不計(jì),小到我們即使等到宇宙滅亡,也未必能看到一次。

我們用宏觀世界的事情,來(lái)類比一下這種概率:你此刻在家里吃飯,但同時(shí),你也有可能出現(xiàn)在月球上,甚至出現(xiàn)在冥王星上,一邊吃飯,一邊欣賞宇宙的風(fēng)景。這種事情,在宏觀世界里,聽起來(lái)就像是天方夜譚,完全不可能發(fā)生,但在量子世界里,這種極低概率的事件,是完全有可能發(fā)生的——這就是量子世界的不確定性,沒有絕對(duì)的不可能,只有極低的概率。

除了疊加態(tài)和觀察者效應(yīng),量子世界還有很多更神奇、更詭異的特性,比如量子糾纏、量子隧穿效應(yīng)和量子漲落等等。這些特性,每一個(gè)都顛覆我們的世界觀,每一個(gè)都讓我們感到瘋狂。



先來(lái)說說量子糾纏——這是量子世界里最神奇、最令人不可思議的特性之一,愛因斯坦曾把它稱為“鬼魅般的超距作用”。量子糾纏,簡(jiǎn)單來(lái)說,就是兩個(gè)或多個(gè)微觀粒子,一旦處于糾纏態(tài),它們之間就會(huì)產(chǎn)生一種超越時(shí)空限制的關(guān)聯(lián)關(guān)系——無(wú)論這兩個(gè)粒子之間的距離有多遠(yuǎn),哪怕是相隔億萬(wàn)光年,只要其中一個(gè)粒子的狀態(tài)發(fā)生變化,另一個(gè)粒子的狀態(tài),就會(huì)立刻發(fā)生相應(yīng)的變化,而且這種變化是瞬間發(fā)生的,不需要任何時(shí)間傳遞。

舉個(gè)簡(jiǎn)單的例子:我們制備出一對(duì)處于糾纏態(tài)的電子,把其中一個(gè)電子留在地球上,把另一個(gè)電子送到遙遠(yuǎn)的火星上。當(dāng)我們觀測(cè)地球上的這個(gè)電子,發(fā)現(xiàn)它的自旋方向是向上的(不用糾結(jié)自旋是什么,就當(dāng)是電子的一種狀態(tài)),那么火星上的那個(gè)電子,它的自旋方向就會(huì)立刻變成向下的——無(wú)論這兩個(gè)電子之間相隔多少距離,這種變化都是瞬間發(fā)生的,比光速還要快。



這種“超距感應(yīng)”,完全違背了經(jīng)典物理學(xué)的規(guī)律——根據(jù)愛因斯坦的相對(duì)論,任何信息的傳遞速度,都不能超過光速。但量子糾纏中的粒子,狀態(tài)變化的速度,卻超越了光速,這讓愛因斯坦一直無(wú)法接受,他始終認(rèn)為,量子力學(xué)的理論體系還不夠完善,存在著某種我們還不知道的“隱變量”,正是這種隱變量,決定了糾纏粒子的狀態(tài),而不是所謂的“超距感應(yīng)”。

但經(jīng)過幾十年的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,物理學(xué)家們發(fā)現(xiàn),愛因斯坦的想法是錯(cuò)誤的——量子糾纏是真實(shí)存在的,那種超越時(shí)空的關(guān)聯(lián)關(guān)系,是微觀粒子本身固有的特性,不存在所謂的“隱變量”。這種詭異的特性,也讓我們對(duì)“時(shí)空”和“關(guān)聯(lián)”的認(rèn)知,發(fā)生了徹底的改變。



再來(lái)說說量子隧穿效應(yīng)——這也是量子世界里一種非常詭異的特性。在宏觀世界里,一個(gè)物體,如果想要穿過一道障礙物,就必須擁有足夠的能量,克服障礙物的阻力。比如,你想穿過一堵墻,你就必須擁有足夠的力量,打破這堵墻,或者找到墻的缺口;如果你的力量不夠,你就永遠(yuǎn)無(wú)法穿過這堵墻。

但在量子世界里,微觀粒子卻可以“輕松”穿過障礙物,哪怕它的能量不夠——這種現(xiàn)象,就叫做量子隧穿效應(yīng)。比如說,一個(gè)微觀粒子,它面前有一道能量很高的障礙物,按照經(jīng)典物理學(xué)的規(guī)律,它的能量不夠,根本無(wú)法克服障礙物的阻力,無(wú)法穿過這道障礙物。但在量子世界里,它卻有一定的概率,能夠“穿墻而過”,直接出現(xiàn)在障礙物的另一邊,就像擁有了“穿墻術(shù)”一樣。

量子隧穿效應(yīng)的概率,也是很低的,但它確實(shí)是真實(shí)存在的。而且,這種效應(yīng),在我們的生活中,其實(shí)也有應(yīng)用——比如,我們平時(shí)用的半導(dǎo)體芯片,其中的電子,就是利用量子隧穿效應(yīng),穿過芯片中的障礙物,實(shí)現(xiàn)電流的流動(dòng),從而讓芯片能夠正常工作。如果沒有量子隧穿效應(yīng),我們現(xiàn)在使用的手機(jī)、電腦、平板等所有電子產(chǎn)品,都將無(wú)法存在。

還有量子漲落——這種特性,更是顛覆了我們對(duì)“物質(zhì)”和“能量”的認(rèn)知。量子力學(xué)告訴我們,在真空之中,并不是一無(wú)所有的,而是會(huì)不斷地出現(xiàn)“虛粒子對(duì)”——一個(gè)虛粒子和一個(gè)反虛粒子,它們會(huì)瞬間產(chǎn)生,然后又瞬間湮滅,消失在真空中。這種現(xiàn)象,就叫做量子漲落。



簡(jiǎn)單來(lái)說,就是在沒有任何物質(zhì)、沒有任何能量的真空中,會(huì)憑空出現(xiàn)粒子,然后又憑空消失——這種“無(wú)中生有”的現(xiàn)象,在宏觀世界里,是完全不可能發(fā)生的,但在量子世界里,卻是一種常態(tài)。而且,這種量子漲落,還會(huì)產(chǎn)生一種叫做“卡西米爾效應(yīng)”的作用力,這種力,已經(jīng)被物理學(xué)家們實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證過,是真實(shí)存在的。

說到這里,可能你對(duì)量子力學(xué)越來(lái)越迷惑了,甚至覺得,這一切都是荒誕不經(jīng)的,根本不符合邏輯。但請(qǐng)你放心,感到迷惑的不止你一個(gè)人,你并不孤獨(dú)——世界上沒有任何人,能夠完全弄懂量子力學(xué),哪怕是愛因斯坦、玻爾、薛定諤這樣的物理學(xué)大佬,也無(wú)法完全理解量子世界的詭異真相。

愛因斯坦一輩子都在質(zhì)疑量子力學(xué),他始終不愿意接受量子世界的不確定性,他曾說過一句話:“上帝不會(huì)擲骰子”——他堅(jiān)信,宇宙的規(guī)律是確定的,是可以被我們精準(zhǔn)預(yù)測(cè)的,而不是靠概率來(lái)描述的。



但量子力學(xué)的發(fā)展,一次次地證明,愛因斯坦的這個(gè)觀點(diǎn),是錯(cuò)誤的——量子世界的核心,就是不確定性,“上帝”不僅會(huì)擲骰子,而且還會(huì)把骰子擲到我們看不到的地方。



玻爾是量子力學(xué)的主要奠基人之一,他曾說過一句話:“如果誰(shuí)不為量子力學(xué)感到困惑,那他就根本沒有理解量子力學(xué)。”這句話,道出了量子力學(xué)的本質(zhì)——它是一門顛覆直覺、顛覆邏輯、顛覆世界觀的科學(xué),它的詭異和神奇,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了我們的想象。

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