量子物理学引发奇谈怪论

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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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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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“薛定谔的猫”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?9999.jpg

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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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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“薛定谔的猫”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?
是否人的意识也会决定客观世界的走向呢?

我认为很有可能
其实量子力学上的“观测”和用日常经验中拿眼睛看看这样的观测不是一个概念。你用再好的显微镜也“看”不到量子。
对量子的观测只有一个办法,那就是用另一个量子去“撞”它。这实际上是原子水平的观测方法。在量子这个层级上你一撞它,它就不再处于原来的运动状态了。所以你没有办法确定它被撞前的位置、质量、速度等,只能确定它在被撞时一瞬间的情况。这也就是所谓的投影观测。这就好比在全黑的室内打台球,你对球桌上的情况一无所知,只能用你的白球来撞桌面,并根据回音来判断桌面上彩球的分布状态。但在你这种观测行为的同时桌面上球的状态也被你影响了。
在量子水平上你不观测它就没有办法知道它的情况,你一旦观测了它,那么该量子的状态就被你影响了,你只能观测到被你影响后的量子。这实际上一点也不神秘不是吗?
但实际上量子不是一个独立的球,它具有相干性,比方说一个左旋的正电子在宇宙中必然会存在一个与之相对右旋的负电子,如果你把使它反转,那么与它相对的那个量子也会同时反转——虽然它们之间的距离可能是一个普朗克常量也可能是几亿光年。这是由能量守恒定律决定的。补充一下量子的这个性质有助于我们理解世界上并不存在一个孤立的量子这个概念。每一个量子与整个世界都是紧密相关的。量子本身或它的相关量子永远时刻不停地与周边世界发生着联系,时刻不停地被相伴的量子“观测”着,所以就算人类不观测,量子对也会自行确定一个量子的确定状态,这就是所谓的“退相干”。
再回到“薛定谔的猫”这个问题上来,不管人类打不打开那个盒子,猫的死活还是能够被宇宙确定的。不管是量子对之间的观测还是其它的量子无意间的碰撞或者是别的什么影响都可以确定那个亚原子粒子是否衰变,进而决定了猫的生或死,人类打开盒子无非是了解一下情况而已。
关键词:弱测量法 相干性 退相干
Negativisum 发表于 2010-3-10 10:57


    就是传说中的测不准原理?
那三楼能描述一下 那只猫是死?是活?还是
中国利剑 发表于 2010-3-10 13:36
打开箱子你就知道了。
不开箱子只是你不知道,或者说只是人类不知道。猫的死活不管你开不开箱子都是确定的,而并不是因为人类的观测而确定为一个值。
这个...
关键不是我要知道 如果我打开箱子那只猫又死又活?
从数学上讲又死又活这个状态是存在的,并且是个合理的解集;但是具体到我们这个宇宙来说猫不存在又死又活这个状态,因此又死又活的猫与我们这个宇宙的物理学没有任何关系。在我们这里猫只存在死或都活这两种状态。
实际上我之前说的只是试图讲一下如今对量子不确定原则的一种解释而已。即虽然数学上的量子是以概率波的形式存在的,但实际上量子应该是有其确定的状态的,只不过人类目前还没有好办法对其进行干扰较小的弱测量而已。
现在的哥本哈根解释究竟是真理 还是一种描述?
我觉得波尔和海森堡自己估计也只是对于这种奇怪状态的描述而已
所以我觉得理论上合理和实际也许还差的很远
猫死还是活也不重要
阴阳学,我一直认为可以用这个来解释很多东西
量子纠缠态那个已经有应用了……以前我一直觉得量子纠缠挺扯挺费解的


所谓客观实在性,只不过是自欺欺人。
回复 3# Negativisum
技术上的问题:
“比方说一个左旋的正电子在宇宙中必然会存在一个与之相对右旋的负电子,如果你把使它反转,那么与它相对的那个量子也会同时反转——虽然它们之间的距离可能是一个普朗克常量也可能是几亿光年。”
宇宙演化并不能够产生这样的相干电子反电子对。
实验室可以人为制造这样的相干的电子反电子对,但是并不是然后你再翻转一个的自旋,另一个的自旋也会翻转之类的。事实上做的应该是测量其中一个的自旋的某方向分量,这样使这个电子的自选某方向分量“坍缩”到一个确定的分量,此时另外一个反电子会“同时”(超距的非定域的)“坍缩”到相反的方向上。应该不存在反转其中一个的某分量,另一个也跟着反转的效应。比如你让上面的相干的自旋某分量和为0的电子反电子对其中一个过一个磁场(施特恩-格拉赫实验),保证自旋正好反转,另一个不过。那么将来你再测,你就会得到相同的自旋该分量投影。
这原因也不是因为能量守恒。
普朗克常量h或hbar不是长度单位。有一个普朗克长度,10^-33厘米。现在还没有人说电子的本身的大小小于这个普朗克长度,可能是弦啊

俺是不大明白量子理论的隐变量啥的。有时候我也是你这样的图象,但是又有时候隐约觉得这种说法等同于隐变量,等同于爱因斯坦的上帝不掷色子,那就不对了。不明白。
至于非定域作用(超距的或者超光速的),俺以为就是逻辑判定,这不叫物理。
除非发现异度空间,,,而且能够发现自由进出之门,否则物理学到了量子论---没法再继续前进了。到了无法测量或者测量者(测量方法)和测量对象已经成为一体,这只能说:这就是这个空间的尽头,发展它充实它,但再也无法突破它。
也就是下一代的新理论家就是这个三维空间的“上帝“,它可以脱离三维空间随意干涉这个维度---但他进入的投影也必须符合这个空间的量子论。

好了理论物理学可以解散了。
物理学发展到量子理论,正式使得理论物理学称为哲学的分支。

这就是爱因斯坦和薛定谔必定要和波尔和量子论三大基础争吵到死----维系他们的世界观发生了彻底的分歧,或者说体现他们们思想的体系完全不同。
而且体现了我国古代哲学家的极大的和预言式的智慧:无中生有成为量子论实验观察的现实。

能量和物质甚至时间来自虚无。
huor 发表于 2010-3-11 14:41
感谢科谱,相干这个问题看来我理解得还不够
意识也是客观世界的一部分
提坦斯 发表于 2010-3-11 22:53


    这句话就是纯属开玩笑鸟,,,,这个世界没有比意识更主观的了。
普通人就不要参与量子学方面的讨论了,看个热闹吧。。。。
starsea 发表于 2010-3-12 10:15


    本来大家还可以吹吹水,你这样一说,大家一脸红,连个帖子都没了。真的量子论专家,人家也不会上来,,,,,要么您把郭建新给大家请来发发帖子?
我觉得本坛并非专业学术探讨之处,大多数人对于前沿物理也不可能太了解,发表一些观点,抛砖引玉,有何不好?

大家不要过于拘谨了
了解一点点点、点点点、点点点就可以了,没必要讨论。。。

必经这东西离我们太遥远。
没有好的数学就基本上很难理解量子力学,而坛子里对数学理解很深的人基本上没有。。。。每个人的时候都是一个独立系统,要了解这个人本身,就得接触他。继而引发一系列变化,他还是他,只是他的状态变了,行为及社会轨迹也相应变化了,观测者也受到了相应变化。SO~~~上面说理论物理要解散的。。。我不同意你的观点。一切才刚刚开始
starsea 发表于 2010-3-16 12:23

飞机大炮离生活远不远?美国的航母潜艇离生活远不远?古代战争离生活远不远?按你这说法超大关门算了。
量子物理的理论奠基人 不也说不理解么
谁对量子物理理论不疑惑 谁就是不懂量子物理理论 好像是这么说的吧
其中“塌缩”一词很奇怪 不知道原文是什么 对于塌缩 历史上有很多理论来解释 不过全都是在猜测
上面同学说的粒子被观测后位置等因素产生变动 从而测不准 也是一种初级说法
按照量子理论 是没有什么粒子的 你能观测到粒子是因为人家塌缩了 当然他也不是波 而是一种无处不在的东西
当然这是指那些很小的粒子 比如电子 等
这种存在好像叫什么波函数 一观测 波函数就塌缩了
这种解释理论上是很搞笑的 不过这是王牌解释 因为和实际相符 至于为什么会塌缩 这个波尔自己也不懂
物理学目前的很多理论 比如超弦等 基本就是忽悠
关于物质起源 其实这个问题几千年前就有人问过
问得高深 答的巧妙
哈哈。如果那些翻译的人没问题的话。。。以我的理解。这个问题其实不是问题。。。哥本哈根学派的量子论不是有几个基本前提么。那就是观察不到的就是不存在的。这里的观察不到是指理论上的观察不到。。猫的死活在观察之前是观察不到的。所以猫的死活是不存在的。
观察不到的就是不存在的
这个是诸多衍生理论吧
还有什么当我们观察一个粒子的时候宇宙就会分裂成两个
等等等等
阴中有阳 阳中有阴

看阳则阴不见,反之  

然而阳极则阴
量子力学发展现在,必须把意识引入。按照量子力学的经典诠释,微观世界的存在是基于观测者的----在观测者没有观察之前,微观世界,包括电子、光子等等处于混沌状态,是一系列可能性波的存在;在有意识的观测者察看的时候,才会塌缩到一个准确的存在。最妙的是,这个准确的存在具有追溯性,也就是说,这个粒子的过去状态也是不确定的,直到观测的时候才会确定。这个已经被late decision scenario证明。

同时,经典诠释认为宏观世界是客观存在的,无需观测者的意识。但经典诠释无法对宏观与微观的区别给于一个准确的解释,因此经典诠释基本上是一个将就的方案。几乎接近于王阳明的心学,即“汝未看那花时,彼花与汝同归于寂;你来看此花时,则此花颜色一时明白起来“。这在物理学上是完全无法接受的,因为这种解释描述的是一个依赖于主观意识的客观世界,爱因斯坦与波尔争论的焦点就是这个。
俺不管它怎么解释,只要知道波函数演化的薛定谔方程或其他什么方程,知道测量到某个态的几率等于波函数模平方就够了。对于我来说物理学的意义在于得到正确的结果和预言,而不用管这个描述是不是柏拉图的
Negativisum 发表于 2010-3-10 13:47


    那不是跟佛家的“心与花同寂”是一回事?难道我们到头来论证了一堆宗教理论?
dellplay 发表于 2010-3-18 12:38

我无法理解你怎么能把这个和佛家的唯心论联系到一起的。在我看来根本是不搭界的两回事。
在这个例子中我认为猫的死活不管人类知不知道都是已经被客观决定了的事情,和你看不看没有任何联系。
没理解的话你这个心与花同寂应该是指:如果不看猫,那么猫就不存在死或活的状态,你看了这个状态才会确定下来。猫的死活是与你看不看相关的。这个根本与我的论述相反嘛。
中国利剑 发表于 2010-3-17 09:27

不理解就说人家是忽悠……呵呵。
量子的状态是能够被预测的。我们虽然不知道它现在是什么状态,但我们能通过量子力学预言它现在有多大概率出现在这里,这就是物理学的意义。虽然说量子到底是弦还是什么东西目前还没人知道,但我们至少能够确定量子是客观存在的物质而不是什么概率波。
这就像上班时间老王有50%的概率在办公室,50%的概率在拜访客户,你没有他的联系方式的话就根本不知道他现在哪里。但你不能因此就说老王是一个以50%概率存在在办公室的几率云。
Negativisum 发表于 2010-3-18 12:58


    可是这个观测者的理论,我实在分不出和唯心有什么分别来
哥本哈根学派才有坍缩这一说法. 其他的说法没有, 造出最多悖论的就是哥本哈根学派

感觉现在超弦理论制造的悖论最少吧, 应该是最有前途的.
净空法师:近代科学家有三个新的发现与佛经完全相应: http://www.xuefo.net/show1_22093.htm


近代的科学家有三个新的发现,这三椿事情跟佛在大乘经上所说的完全相应。第一个讲空间(我们的虚空)跟时间,在某种条件之下会没有,等於零。空间没有了,时间没有了,这个跟佛法讲的相应,「凡所有相,皆是虚妄」,虚空、时间都是虚妄的。法相唯识宗把空间、时间列在不相应行法里面。不相应行法用现在的话来说是抽象概念,决定不是事实。所以科学家讲空间、时间是我们一般人从错觉里头产生的,不是真相。它会在某种条件之下,就没有了,就等於零了。那是什么条件?我们知道,他们现在还不晓得,禅定!禅定当中空间跟时间没有了。空间没有了,就没有远近的距离,西方极乐世界就在面前,没有远近距离。时间没有了的话,过去跟未来都在现前,你能看到过去,能看到未来,都在眼前。所以,这个发现很了不起,对於佛经真的是做了很有力量的一个证明。

  第二个发现就是「有」,宇宙万有从哪里来的?现在发现「有」是从「无」来的,无中生有。这个跟《心经》上讲的,「色不异空,空不异色,色即是空,空即是色」,意思完全一样,跟般若经上讲的意思完全相同。「有」是从「空」中突然变现出来的,变现出来之后还归到空。有从无生,最后还归到无,这个跟佛在大乘经上讲的一样。但是他究竟说得怎么样,我还不太了解,我看的翻译的资料,大概不太完整。佛经上讲这个速度非常之快,所以佛法里面讲一切法不生不灭。为什么说不生不灭?它生灭的速度太快了,你没有办法体会到它生灭,那个速度之快,我们没有办法想像。

  我讲《华严》讲到这个问题的时候,好像讲了七、八个小时,就单单讲这个问题,很不好懂。我们用最浅显的例子,电影,放电影影片的时候,一秒钟镜头开关二十四次。镜头打开,影像不就生了吗?关起来就灭了,生灭的概念,我们首先搞清楚。一秒钟二十四次,我们在银幕上就以为是真的!他哭我也哭,他笑我也笑,就被它欺骗了。佛说实际上生灭的现象,《仁王经》上讲,一弹指六十刹那,一刹那九百生灭。换句话说,我们弹指弹得快一点,一秒钟可以弹四次,四次乘六十再乘九百,两个十万八千。一秒钟有二十一万六千次的生灭,你怎么能知道!佛说这是我们现前的事实真相,就跟电影一样,完全是假的,不是真的!你把它看作真的,错了!真的是错觉。一秒钟二十一万六千次的生灭,还是佛的方便说,不是真实说。真实说比这个速度还要快,不知道快多少倍,这是佛的方便说。从这些地方你要真正能透彻,你对於一切人事物还有什么念头?什么妄念都没有了!那你心得清净;心得清净,这人就成佛了!

  第三个发现是讲到宇宙的起源。在以往,有很多科学家认为宇宙起源於爆炸,大爆炸的学说。爆炸,到底是什么东西爆炸的?总有一个东西才会爆炸,科学家在数学里推断出来,他讲这个爆炸的原点,从原点这一点爆炸出来的。这原点有多大?这也是我们没法子想像的,大概就是佛经上讲的微尘。佛经上讲微尘,微尘是肉眼看不见的,阿罗汉能看到微尘。但是还有比微尘更小的,佛经上讲的「色聚极微,极微之微」,那阿罗汉看不见,那才是基本的物质。现在科学家计算出来,他们说原点多大?我们的头发,拿一根头发从当中切断,切断之后那个平面,(我们好比,我们把头发放大好了,这是我们的头发很长,这里切断,切断的平面),平面的直径可以排列多少个原点?一百万亿亿亿,一百万后头加三个亿!现在的显微镜是没有办法看到的,他说那是宇宙的原点。这个原点一爆炸出来就是这个大宇宙。

  这就跟《华严经》上讲的一样,《华严经》里讲的微尘,每个微尘里头都是世界。微尘没有放大,世界没有缩小,谁能够进入微尘里面的世界?普贤菩萨。普贤菩萨能入微尘里面的世界,这是讲性德。性德没有对立的,所以,性德没有大小,性德没有远近,性德没有先后。这是自性本具的大德,叫大德、大能;大能是见闻觉知,大德是没有对立的,这是性德。现在的科学家知道,他说宇宙是一时顿现,不讲进化了,不能讲怎么进化的;进化,大家已经怀疑,不承认了,是一时顿时的。一时顿现跟佛经上讲的一样,佛经上讲一切现象是一时顿现的。所谓是「当处出生,随处灭尽」,就跟前面讲的它速度太快,所现的相就跟电影影片一样久,它每张相片都是独立的,我们现在看的是相续相。相续相为什么现在科学家看到宇宙逐渐在膨胀?这就是「唯识所变」。一切万事万物是随著人心起变化的,你怎么想,它就怎么变化,非常奇妙!这是被近代科学所证实,跟佛经上讲的完全相同。

  佛在三千年前没有这些科学知识,也没有这些科学仪器来实验,他讲得这么清楚、这么明白,连今天科学家所发现的,还不能讲圆满。所以我常常想,很可惜西方这些科学家没有学佛,他要学佛,他的领域一定扩大了。我们用现代科学家的发现,跟世尊在经典里面所说去对照,来研究、来观察,使我们的信心增长了很多。我们肯定释迦牟尼佛确确实实在甚深禅定里面突破了一切空间维次,把宇宙真相看得清清楚楚、明明白白。而且佛告诉我们,不是他一个人有这个能力,我们每个人都有这个能力,问题就是你能不能把这个世间这些妄想分别执著放下,你果然能放下,你能够入这个甚深禅定境界,这些事实真相你也能看见!

《钟茂森:从华严科学说智慧人生》: http://www.xuefo.net/show1_25627.htm
佛教也开始玩科学了?
佛教对于空间的和时间的认识 那是远超现代物理学的
精妙之处 难以形容 不可思议之事 难以说尽