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上帝掷骰子吗,假说归假说

时间:2019-09-26 18:18来源:美剧影视
我倒是觉得片中一群人穿黑屋有点像穿过虫洞的概念,未来的你见到了过去的你,辣手的女主以为可以有选择的进入想去的平行空间,只要杀死那个空间的自己。薛定谔的那只猫告诉人

我倒是觉得片中一群人穿黑屋有点像穿过虫洞的概念,未来的你见到了过去的你,辣手的女主以为可以有选择的进入想去的平行空间,只要杀死那个空间的自己。薛定谔的那只猫告诉人们,密闭中猫在介入观察前是处于非死非活状态,介入观察的刹那才确定是死了还是活着,在量子的世界中一切都是概率。女主以为杀死了当前空间中的自己,可以替代自己改变未来,但事实并非如此,导演的观点倾向于在平行宇宙中既定的历史不会被篡改,女主成为当前空间的“入侵者”... 上帝掷骰子吗?量子物理学认为上帝就是掷骰子专家,一切都是概率,只有介入观察后事件才最终定性,延续过去连接将来,组成当前的宇宙时空。好吧,科幻归于科幻,平行宇宙都还是假说。剧本赞一个,小成本的电影各方面做的都很精细。

眼看着8月就要过去了,目标还没完成,着实有些着急,于是昨晚一股作气读完了剩下的三章好把心思放到正事上来。

薛定谔的猫

从科普的角度来说,确实让我对量子物理有了一个大概的认知,也解答了我关于“薛定谔的猫”与“超弦”理论的疑问。

文/苏央

作者以历史的发展为主线展开,穿插一些趣事,寓教于乐,介绍了从经典物理到量子物理的过渡。

不知道有多少听过“薛定谔的猫”这个词呢?

下面就谈谈我个人的理解吧。那么,上帝到底掷骰子吗?掷!在经典物理中,所有的一切都是定性的,都有公式可以进行描述,所以我们甚至不需要“上帝”这一角色。下一个问题,什么是骰子?骰子代表了随机,代表了现象的不确定性,比如薛定谔的猫和双缝干涉。而且上帝不仅掷骰子,还把骰子掷到看不到的地方去,比如黑洞,在黑洞中所有的信息都无法逃离,所以我们也就看不到了。(霍金修改了黑洞理论,认为在黑洞挥散殆尽后原先捕获的信息将会逃逸出来。)在对随机的解释中,诞生了许多的理论体系。我想提一下其中的三个。

你第一次听到这个词是因为网剧《薛定谔的猫》吗?

多世界体系

多世界体系认为在宇宙发展的每一刻宇宙都在不停的分裂,而我们所处的世界只是其中一个,所以我们所观测的现象就具有确定唯一性,比如对于薛定谔的猫,对于生和死这两个大结果,就对应于两个世界,而我们所处的世界只能观测到确定的其中一个。所以对于我们来说猫不会又死又活。也不会在我们观测它之前都是一个波函数的存在,知道我们意识的观测才坍缩成一个实体有结果的猫。

还是对此一点都不了解?

退相干体系

说到退相干体系就要说到矩阵的运算,但是我是学渣,线代实在太垃圾,这里就简单的描述一下吧,如果将猫生和死的概率通过矩阵表示出来我们会发现除了对角线的“生”和“死”之外,还有另外一组对角线的“(生,死)”和“(死,生)”状态,也就是这两个状态是相干的,但是如果我们将观测行为粗略化到一定程度,(不关心猫死前吃了什么,对它有什么影响)它的所有其他状态都会互相抵消,最后只剩下“生”和“死”两个状态。也就是“生”和“死”的概率和为1.

今天要说的是思想实验-薛定谔的猫,这可与网剧毫无关系,而网剧也只是借用薛定谔的猫中平行空间这一概念而已,但其实,薛定谔的猫思想实验并不是讲的平行空间,而是更为复杂的量子领域。

超弦理论

超弦理论认为我们的世界不是4维的,而应该是10维的,只不过其他的维度都被压缩了,以至于我们观测不到,只能感觉到4维的世界。这么说吧,如果一张纸的厚度薄到我们无法观测,那么我们认为这张纸是2维的,但是如果大量的纸叠加在一起,那么它就有了第三个维度,高度。超弦理论在计算的时候将量子当作是一段闭合或开启的弦,而不是一个传统意义上的点,因为弦的震动而造成了各种随机。

在听到量子领域,你是都已经放弃看下去了呢?

别放弃,这其实是一个很有意思的实验,也许你一开始会有些懵,但是当你看完这篇文章,相信你应该能大致了解它了。

好了,现在正式开始。

在讲述实验之前,我想先把最后的现象告诉大家。

这个实验的结果是,通过一个装置,把猫变成存在独立于生与死之外的另一种状态,他们把这时的猫称为既死又活。需要注意的是,这里的既死又活不是概率中有多少概率活着,多少概率死亡,而是生死同时存在,可以理解为一只猫中有一半是活的,另一半死亡,处于一种生死叠加态。

相信第一次接触这个实验的人,已经有些晕了,猫怎么能既生又死呢?下面我们就来看看薛定谔是怎么做到的。

实验是这样的:在一个盒子里有一只猫,以及少量放射性物质。之后,有50%的概率放射性物质将会衰变并释放出毒气杀死这只猫,同时有50%的概率放射性物质不会衰变而猫将活下来。

根据经典物理学,在盒子里必将发生这两个结果之一,而外部观测者只有打开盒子才能知道里面的结果。

但是在量子的世界里,当盒子处于关闭状态,整个系统则一直保持不确定性的状态,即猫生死叠加。猫到底是死是活必须在盒子打开后,外部观测者观测时,物质以粒子形式表现后才能确定。

这项实验旨在论证量子力学对微观粒子世界超乎常理的认识和理解,可这使微观不确定原理变成了宏观不确定原理,客观规律不以人的意志为转移,猫既活又死违背了逻辑思维。

以上,是百度百科给的实验过程,相信还是有许多人没有看懂这个实验到底做了什么,怎么发生的。那我就来给大家详细地解释下。

首先,有一只猫,这只猫并不是你养的或者日常生活中简单的实体猫,它只是一只存在于想象中概念的猫,你可以自己决定它是什么样。当然这里不一定非要是一只猫,它也可以是一只狗,一直猪。当然,这里为了让它具体化,让它是一只猫,它的样子就是下面那样。

可怜的卡特

猫有了,现在就开始找箱子了。

有一个装置,里面放着毒气释放装置。这个装置在一个密闭氧气充足,完全不透明看不见里面的箱子里。毒气释放装置由原子核衰变是放出来的粒子来控制,而且这个装置是理想的,一旦出现衰变,立马释放毒死,立马死亡,可以认为只要原子核衰变,猫立马死亡。

还有一种放射性物质,它本身是稳定的,在放进箱子之后的一个小时里,它有一半的概率会衰变。

而且并不是过了一个小时才有一半的概率衰变,而是这一个小时里,这种放射性物质有一半的概率在任一时刻衰变。

现在可以实验了,把猫呀,放射性物质都放进箱子里,密封好。

实验开始。

想象你坐在箱子旁边,焦急的等待,一分钟,两分钟,三分钟。

终于,一个小时过去了,你迫不及待地打开箱子。

现在打开箱子后,里面的现象情况分成两种:

1'这只名叫卡特的猫一动不动,你用手戳了戳,它已经死了。

2'这只名叫卡特的猫一动不动,你用手戳了戳,它生了个懒腰,还活着。

看到这里,你大概会产生疑问了,猫的生死一直很明确,根本没有出现什么生死叠加态呀,与开头说的那么玄乎的既生又死毫无关连呀?

那是因为,实验到这里,才刚刚开始,老薛要的不是打开箱子以后去看猫活不活,他在意的是箱子关上到打开的那一个小时的时间里,猫是死的还是活的。

有的人可能会觉得,箱子的猫,如果原子核衰变了,就死了,没衰变就不能,因为不知道衰没衰变,也就不知道死没死。

这种观念是错的,这就用到一开头说的,这时的猫,就是既死又活的生死叠加态。不能说这是不知道猫是不是死的,因为这时猫的状态是确定的。

如果,把实验的初始条件改成,毒气装置不由衰变放出的粒子控制,而是本身就有一般的可能随机触动的毒气释放装置,那么猫的状态就可以说是不知道了。

这样比较起来看,就比较明显了,问题出在了放射性物质的衰变上。

在说清楚这个问题之前,有必要先科普一下粒子的量子化问题。

电子具有波粒二象性。波粒二象性指的是它既能表现出波的特性,又能表现出粒子的特性,合在一起叫做波粒二象性。

量子化有个很奇怪的随机性,表现在位置的随机性,和速度的随机性。

念过高中的人都知道,电子有一个轨道图,电子绕原子核在轨道上运动。

其实这是不对的,轨道图是根据电子分布的概率来绘制的,并不是说电子有一条确定的运动轨道,只是相对来说,出现在这条轨道上某个点的概率比较大。

除此之外,还有能量跃迁的问题。

高中知识告诉我们,每天轨道上的电子是具有一定能量的,如果电子要运动到另一条轨道上需要本身的能量大于势垒。而如果能量小于势垒,电子只能老老实实待在自己的轨道上。

在量子力学里,这条理论又被打破了,电子是有一定概率不用能量超过势垒,就可以跃迁到所谓的另一条轨道上,只不过这里的概率很小。

量子的世界,可以说是受到概率支配的世界。

这里的概率不是理论上的概率,而是事实概率。也就是说,这里的概率不是经过一系列复杂得推论,得出来了的,而是通过观察现象,统计出来的。

量子力学和经典力学的区别在于,一个试用于微观世界,一个适用于宏观世界。

相信很多人都看过刘慈欣的《球状闪电》。球状闪电的本质就是宏观世界的电子。

刘慈欣做了一个很有意思的想象,把电子放大到宏观世界可观测的大小,那样电子的波粒二象性的体现会是什么样的?有兴趣的人,可以去读读那本小说。

在微观世界里,电子并不是一个实体,它由多重状态叠加,又可以具体表现为某一种状态。当没有人去观测它时,它是一个概率波的叠加,根据概率分布在原子周围。波是没有实质的,但却有波峰波谷,当多个波叠加起来,分布就比较复杂了,所以它不是均匀的,且是按照某种概率分布的。

当有人观测它时,它会由多重态叠加坍缩成粒子,具有粒子的特性,具体地在一个位置上显现。

也就是说,人的观测,能决定粒子的特性。

回到实验上来。在黑暗的箱子里,放射性物质对于箱子外面的我来说,我是没有观测它的,所以电子存在于箱子的任何地方,只是概率的不同。

而放射性物质是否衰变,有电子脱离轨道释放出来,只是一个概率问题。因为即使能量不够,电子也有一定几率出现在电子轨道之外。因为它的波动性,所以它无处不在,也可以说是它有一部分在原子内,有一部分在原子外,只是因为没有人去观测,所以它没有坍缩成一个粒子,无法知道它是否衰变。

它在原子内部的那一部分决定猫是活的,它在原子外部的那一部分决定猫是死的,之所以你不知道猫是死是活是因为你没有观测,但其实事实是当你没有观测的时候,原子既衰变又没有衰变,猫既死又活。

不知道讲到了这里,你是否能理解了一些。

如果还不明白也情有可原。因为即使是顶级的科学家,也没有办法完全理解量子世界。在十几年之前,对于量子的概率分布还在被两波世界上顶级物理学家所争论,一直到量子的随机排布被证明后,才逐渐接受这一理论,但并不是说就没有争论了。

当然作为一个怀疑论者,我也没有完全相信以上的所有理论,始终认为,所有得推理都基于前提,但前提不一定都是对的,被普遍认为的也不一定正确,常理也不一定对,如古代的天圆地方,现在看起来是荒谬的,但古代从来没有人产生过怀疑。

现在所有的理论,我认为,都是相对客观的,就像一开始的原子模型是球形,然后是枣糕,到最后,才演变成现在的模型。

可看完这篇文章就知道,这种模型也是错误的,因为电子是多态叠加,原子核不是能用实体圆球结合而成的,只不过在原来的基础上,更加接近客观的相对客观。

所以,我觉得,人类对量子世界的探寻还只是很小的一部分,物理的规律还没有完成统一,粒子的波粒二象性之间的应该有自己的内在联系,而不是通过观测才能转换,多重状态的叠加也应该更统一一些。

如果可以,你推翻前人所有的理论都行,只要你在已知得条件下能正确得出来即可,不要不敢想,哪怕是错的也可以帮助更好的理解。

对于量子得随机排布和观察现象,也听过一个很有意思的论调—多元宇宙论。

即这个粒子在所有地方都有分布,只不过分布在不同元的宇宙中,这些宇宙有无数个,故量子也有无数个,你观测到的只是某一元宇宙的那一个。放到宏观宇宙中也就是平行世界。

相信大家都看过小说,有一些小说里说,我们所在的世界和小说里的世界同为平行的宇宙,但是由于小说的世界是由作者创造的,所以从某种方面来说,小说的世界比我们的世界要低等。

作者将小说里主角的最终目标定成逃离小说的世界,进入到现实的世界中。当小说中主角意识到自己的世界之上有一个作者的存在时,他开始伙同一群人,将所谓的作者拖进小说的世界,其实也就是骗进来,而那个主角口中的作者为了成为主角世界的神,站在最顶点而打算在一个适合的时机进入到那个世界,但一旦进入到世界里,就不能在编写这个世界,而沦为这个世界的一员。

书中的主角们为,要如何才能不被作者发现自己的意图,又要怎么才能不被作者写死,而想办法。

这本小说的观念就很有意思了,该怎么进入平行世界,我们是否也只在一本‘小说’中呢?如何才能逃避自己命运?这又是都算是平行宇宙?平行宇宙是否也存在嵌套?

剧透一下这本小说的结局,主角打败了进入小说世界的作者,也逃出小说的世界,可是这却不是终点,他感觉到在作者的世界之上还有作者,这似乎是一个无限的循环。

四元空间与平行空间又不同,平行世界与我们的世界里面的人物,概念,理论可以完全都不一样,但是四元空间只是时间上的不同,本质上还是同一个宇宙。

例如,在平行世界里,你可能发现外星人一直在地球上生活,也可能遇到神话里的人,小说里的人,有任何可能性。

四元时空的话,你可能出现在几百年前地球上,也可能在几千年,几万年的地球上,也就是过去和未来。

很多学者认为,量子科学已经触及到四维的空间,而人类作为三维生物,对四维的世界了解的太少,所以量子世界在人类面前始终掩盖着一层厚纱,阻挡着人类的窥探。

如果人能回到过去,是否能改变历史?宿命论认为,所有发生的一切都是注定的,你回到过去也会因为各种巧合而无法改变经历过的历史。如果你将历史改变了,那个四维空间的那一个片段是不是就变成了一个平行世界呢?

回到那只猫身上去,猫的生死也分布在多元宇宙之中,我对它的观察,是观察众多多元宇宙中的某一个,所以问题又来了,如果我们和猫一直处在同一个多元宇宙中,那么我们始终只能观察到一种状态,那么猫的状态也始终确定,而这显然与之前得出的结论相反。

那么是不是由于涉及到了粒子,所以我们就可以作用到不同的多元宇宙中的猫,简单来说,我们可以通过某种方式,影响到另一个世界或者反过来被他们影响吗?

文章快结束了,但是还有一个问题。那就是在箱子里,并不是没有观察者,如果把那只猫当成观察者,对于猫自身的影响。

由于猫的观察,放射性物质的状态可以被猫知道,是否放射物衰变已经确定了,猫是不是死了对于它自己是已知的。因为观察者的不同而状态不同,所以说,观察者一直都是一个很重要的关键,在很多问题上,观察者都扮演着一个决定性的因素,是实验不可或缺的一部分,就好像这个世界是因为人的自我意识而存在的,但从宏观上看,物质是客观存在的,故你自己决定这个世界的言论听起来是很荒谬的,可是从量子角度,所有物质都是由微小粒子组成,即概率波组成的,概率波又是必须要人来观测,那么这个想法听起来有不是那么不可思议了。

最后来总结下,薛定谔的猫实验并不是一个真是存在容易验证的实验(目前已经有一些科学家做出来了薛定谔的猫的验证实验),当初薛定谔提出这个实验并不是为了要说明量子的不确定性,可得出的结论让他自己也大吃一惊和迷惑不解,经过可很长时间的争论,才逐渐被那些物理学家们认可并奉为几大思想实验之一。薛定谔的猫,也成了世界上最著名的猫之一。

编辑:美剧影视 本文来源:上帝掷骰子吗,假说归假说

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