量子物理学引发奇谈怪论

[导读]量子论被公认为是科学史上最成功的、被实验结果符合最好的理论，但另一方面，它却和人类日常生活的经验如此格格不入。

http://tech.qq.com/a/20100308/000079_1.htm

                               
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在量子世界当中，会出现“量子纠缠”、“平行宇宙”等神奇的状态

                               
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“量子纠缠”示意图。当转动一个粒子，则与它处于纠缠状态的那个，也会相应转动

                               
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著名剧集《星际迷航》中的“时空穿梭”过程，可以用“平行宇宙”理论来解释

                               
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漫画家笔下的“薛定谔的猫”，猫真的会处于“既是活的，又是死的”状态吗？

量子论被公认为是科学史上最成功的、被实验结果符合最好的理论，但另一方面，它却和人类日常生活的经验如此格格不入。

如今，很多实验物理学家还在验证这一理论在80年前所做的基本假设。物理学家们依然还在为这个理论头疼不已。著名物理学家费曼就曾说：“我敢肯定，现在没有一个人能够懂得量子力学。”尽管已经走过百年历史，它还有无数的谜尚待解开。

微观与宏观，水火不兼容

物理学家常常会说“传统物理学认为如何如何，量子物理学则认为如何如何”或者“客观现实中如何如何，但量子世界里却如何如何”这样的“鬼话”。量子物理学家告诉我们，物质在被测量之前是不确定的。“不确定性”是量子世界的基本法则。“观测”是在不确定的量子世界和确定的现实之间转化的关键。那么，神秘的量子世界和日常的现实世界到底能否兼容呢？在经典极限情况下，通过合理的近似，量子理论可以自动过渡到经典世界的物理理论。但如何描述这两个世界的交界面，成了量子论过不去的一个坎。直到现在，理论物理学家仍然未能将两者恰当地联系起来。

“哥本哈根学派”认为，物质在被观测之前，是处于一种不确定的叠加态的。为了反驳这种观点，证实量子力学在宏观层面是不完整的，德国物理学家薛定谔设计出物理学史上最著名的动物：薛定谔的猫。

这是一个思想实验：不透明的箱子里装着一只猫，箱子中另外还有一个原子衰变装置，原子会随机发生衰变，一旦衰变发生，就会激发一系列连锁反应，最终打破箱子里的毒气罐而毒死猫，反之猫则活。在打开箱子观测那一瞬间之前，原子的衰变和猫的死活都处于一种叠加态，只有当打开箱子的一刹那，猫的死活才确定下来。所以，在打开箱子之前，猫既是死的，又是活的。问题是，现实中的猫怎么可能是“既死又活”的呢？我们的常识中，猫要么是死的，要么是活的。量子论无法解释现实世界，这成了量子论无数个困惑之谜中最神秘的一点。

“薛定谔的猫”出现之后，物理和哲学界就客观世界和人的意识的决定因素产生了一场大讨论：如果人的观测能决定猫的生死，那是否人的意识也会决定客观世界的走向呢？

同一个世界，很多个宇宙？

“虽然我支持在无数个宇宙中存在着无数个Sheldon的‘平行宇宙理论’，我还是像你保证，没有任何一个宇宙中的我会和你跳舞。”《生活大爆炸》中，“宅男”Sheldon这么回复美女Penny的邀舞请求。

为了解决与现实世界兼容的问题，无数物理学家尝试了各种理论，最著名的恐怕就是上世纪50年代兴起的“平行宇宙”(多世界理论)。

支持这个理论的科学家认为，“薛定谔的猫”实验中，箱子在被打开观测之前，与其说猫处于一种既死又活的状态，不如说这只猫同时处于不同的“宇宙”中。有的“宇宙”中猫是活的，有的“宇宙”中猫是死的。听起来是不是很奇怪？但这个理论的确成功避开了很多问题，将微观和宏观世界联系在了一起。

然而，即使到现在，这个理论依然如此前卫，令人无法理解。最近20年间，它才开始受到人们的关注，并成为量子力学的热门理论。霍金甚至将这一理论用到解释时空旅行中：因为平行宇宙的存在，时间线产生了分叉，出现了多重“历史”，人们因此可能可以进行时空旅行。这一解释也解决了此前人们在时空旅行中关于“杀死过去的我”的悖论。

现在，“多世界理论”演化出的“时空穿梭”已经成为很多科幻作品中的主题。但这个理论完全是严格遵循数学方程演化得来的结果，其前提认为所有“宇宙”都包容在同一个“时空”中，而这个“时空”是多维度的，霍金所提出的进行“时空旅行”的“虫洞”目前只存在于理论层面，还没有任何物理证据证明其真实存在。

量子纠缠，挑战光速

“量子纠缠”现象是说，一个粒子衰变成两个粒子，朝相反的两个方向飞去，同时会发生向左或向右的自旋。如果其中一个粒子发生“左旋”，则另一个必定发生“右旋”。两者保持总体守恒。也就是说，两个处于“纠缠态”的粒子，无论相隔多远，同时测量时都会“感知”对方的状态。那么，这两个粒子如何实现瞬间的沟通，这种感知是否是超光速的，这是否违背了相对论呢？

在量子力学中，微观物质很可能的确展现出和日常生活中的常识相悖的情况。“在物理世界中，某些定义的速度是可以超越真空光速的，但是到目前为止，还没有一个可以让人信服的实验结果支持‘物理信号可以超越真空光速’这一论断。”中科院量子信息重点实验室副主任周正威强调。

在现实世界中，不可能在人和石头之间建立某种感应，不经接触就令石头发生改变。但瞬间感应可能发生在量子世界中。爱因斯坦不满地将“量子纠缠”称为“遥远的鬼魅行为”。

20世纪下半叶至今的各类实验中，不断有人证实各种超光速现象的出现。1982年，巴黎大学的物理学家证实，亚原子粒子在向相反方向发射后，在运动时依然可以彼此互通信息。2008年，日内瓦大学的物理学家再次进行类似实验。这次，两个相互感应的粒子距离超过17千米。奥地利科学家蔡林格(Anton Zeilinger)甚至在两个相距144千米的岛屿之间观测到光子的量子纠缠现象。

尽管如此，依然没人能让物理信号超越光速。

量子论不是“绝对真理”

量子论是20世纪出现的最成功的理论，它和相对论成为现代物理学的两大基石，但这两个基石之间却互不包容，又都不完整。相对论很好地解释了时空扭曲等问题，改变了人类的时空观；量子论的各种假设虽然不断被实验所证实，它或许也能帮助人类理解宇宙为何凭空而生，但却始终没法解释量子世界和宏观世界的交界面上所发生的一切。

为了将量子论和相对论结合起来，理论界出现了如“量子引力”、“超弦”等更加复杂难懂的理论。可以肯定，如果将来出现一个能替代量子论的理论，它必定能首先解释，为什么现有的各种实验能够如此符合量子理论。

费曼曾说，“我们要记住，或许有一天量子理论会被证明是失败的，因为它和我们日常的生活经验、哲学是如此地不同。”

而理论物理学家曾谨言也在《物理》杂志所发表的《量子物理学百年回顾》一文中表达了他的看法：“迄今所有实验都肯定了量子力学的正确性，但这只表明：它在人类迄今实践所及的领域是正确的。量子力学并非绝对真理。量子力学并没有，也不可能关闭人们进一步认识自然界的道路。量子力学与广义相对论之间的矛盾并未解决。”

一些详细的东西解释的不是很清楚
总之一句话概括就是：典型的中国科普式的半生不熟的文章

话说我本来概念倒是比较清晰的，看了这篇文章，反而糊涂了。只能这么说，我当做没看过此文吧。

关于所谓猫的生死，首先要明白，大型的宏观的猫与微观的粒子本来就不是同一回事情；其次，事物本来怎样，我们不去观测是不知道的，但是，当我们的观测手段的尺度本身就要与被观测者相当，并且观测中的相胡作用会明显影响它时，当然我们就测不准了。

G版信奉经典的哥本哈根解释吗

回复 5# 家猫战斗力

与多世界诠释相比，我认为哥本哈根诠释更好理解。关键一点是，不能用宏观现象简单类比微观现象。就像我们不能用普通的牛顿理论去理解相对论性现象一样。

偶对这个问题一直感兴趣，但似乎目前还没有一个理论能给出一个哲学上真正信服的解答 ::42::

看过约翰·格利宾的关于薛定谔猫的书籍，他是支持隐变量理论的（哥本哈根和多世界外的另一种解释），也不是很满意~

哥本哈根解释也有一些解释上的难点，比如什么级别的对象进行观察可以使波函数坍缩呢？人可以, 猫可以么, 机器可以么，还是说一切能理解的个体？

回复 7# 家猫战斗力

我对这个其实兴趣不大，我认为这是观测条件的缘故。假如我们不去揭盖子，等待个100年，猫自然会死。放射性衰变也是这样。对于一个粒子来说，它何时衰变就是个几率，但对一个极大数的粒子集团而言，放射性衰变就是个非常确定的数了。

我们再来看电子云。我做个不恰当的比喻。比如你一天的运动吧，晚上在家，白天在公司，这是两个相对几率高的地方。但还有些几率低的地方，在路上、在公园、在商店……，也可能出差到其他城市去了。假如我从火星上观测你，我的观测条件不咋的，只能保证观测时间精度为1天、观测尺度为10km，显然我只能知道你在北京城中，无法知道你到底在路上还是家中。
   
更多解释，请这方面知道得多的专业研究者来说吧。

那您的理解就不是哥本哈根解释~

经典的哥本哈根解释是不确定而不是单纯的测不准，概率波即真实状态，您的理解还是相当唯物的

回复 9# 家猫战斗力

概率波用于说明双缝实验，实验中用一个个光子去通过窄缝，还是能获得干涉图像的。
但我还是比较愿意相信，大部分的情况是我们观测能力所致。

短期内不奢望能完美解决量子力学哲学上问题的理论了~

本人大学学数学的,也请教过一些系统学过量子力学的人, 比如偶妹(中科大), 说这东西究到底谁都不明白, 会用就行了 ::42::

有些东西想太深了会比较烦，我没时间也没精力去仔细想这些深层次问题：

双缝实验中，单个光子的效应确实是很随机的，但大量光子一定会形成干涉图像。再大一些，单个分子的运动是随机的，大量分子组成的气体，运动就不随机了。
一个水母的运动，比较随机；大量水母会组成集群，形成分工；一个人可以做各种事情，一大群人肯定会形成明确分工。

唉，其实啊，现在的科学家，与古代的巫区别也不大：地位都很不错，但说的东西，只怕自己也不明白。

你再问下去，他也许会说：你先需要高深的数学和物理知识，这下你没辙了吧。

我想啊，对一般爱好者而言，关键一点是：
请勿盲目思考与常识差别很大的领域。我们的常识只在一定的范围内有效，在超微观和超宏观领域，我们的常识是不管用的。
人类的知识很庞杂，假如把它比喻为一棵森林级大榕树，我们每个人比蚂蚁还小，不要用我们蚂蚁的视野去想象整个榕树的样子。但我们的知识与整个宇宙的奥秘相比，大概就是这棵榕树与地球之比。

我来说一句，整个宇宙从逻辑观点来看就是无数选票根据选票规则选出的一系列连续选择的集合体。
所以逻辑－－“有或无”是我们这个宇宙的基石，也就是自由度。
比如你每天都有上百万个细胞死亡，相当于对于你的存在投了“否”，
但是你还有数百亿的细胞对你投了“是”，并不影响你是活的这个事实。

恩，看了楼上几位的发言，受益菲浅啊

回复  家猫战斗力

我对这个其实兴趣不大，我认为这是观测条件的缘故。假如我们不去揭盖子，等待个100年， ...
gohomeman1 发表于 2010-9-13 11:12

                               
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    我也是这么认为的。我认为,只所以猫不能定生死,只表示我们在打开盒子之前不知道猫的生死状态,而真正的猫的生死在盒子内已经确定.

回复 18# 那一片枫叶


回LS，这个是不是也能变相解释为：我们身处的这个世界的一切物理定律其实早在更高的维度里，那个形而上的存在里就已经确定了。只是生活（或只能生活）在三维空间的我们来说，只能通过我们现有的、可能的观测手段，对这个完整的理论定律作一个片面的、模糊的观测，所以才会产生诸如在微观状态的物体的不确定性？

哥本哈根解释不太好听，叫哈根达斯解释怎么样