关于电子双缝干涉实验,其实我在之前的科普文章中已经不止一次跟大家分享过。 有兴趣的朋友可以看看之前的科普文章。
因此,我就不详细阐述实验的具体过程了。 今天我将从另一个角度来解决这个实验。 我不再分析实验本身,而是尝试分析实验结果可能给我们带来什么思考。 这里需要强调的是,这些想法更多的是基于现有物理理论的“想象”,但并不是无理的“想象”。
读完这篇文章,你可能会觉得它不像科普文章,但又不像科幻小说,也可能两者兼而有之。 下面正式开始。
电子双缝干涉实验实际上可以分为几个版本。 科学家们不断地升级实验本身,试图弄清楚实验过程中出现的怪异现象到底是怎么回事,但直到现在还没有结论。
电子双缝干涉实验之所以可怕,并不是因为实验本身可怕,而是因为实验结果很可能引发我们对世界本质的深入思考,并可能让人类接触到“时间本质”、“时空旅行”甚至“宇宙真相”的钥匙,彻底颠覆了我们对宇宙和世界的看法。
尤其是延迟选择实验或许能让我们一睹造物主的“阴谋”。 为什么这么说?
在实验中,当我们不观察电子时,电子表现为无处不在的波动,并且可以同时出现在任何不同的地方。 我们看到的是一个模糊的世界。 一旦我们进行观察,电子的波动性就会崩溃,瞬间变成粒子,只能出现在某个地方,我们观察到某个世界。
这不是比魔法更神奇吗? 而由此引发的一系列连锁反应才是最让我们感到恐怖的。
首先,这种模糊的“叠加态”是否也存在于宏观物体中?
在某种程度上,电子、光子等微观粒子具有模糊、不确定的叠加态是可以接受的。 毕竟电子和光子都是微观粒子,叠加态也是微观世界的特征。
但你有没有想过,所谓的微观和宏观其实并没有明确的界限。 粒子有多大算微观,多大算宏观?
这种问题不能一刀切,就像儿童和成人之间没有明确的界限一样。 说白了,从孩子到成人的成长过程是一个量变导致质变的过程,从微观到宏观也是如此。
这意味着,从理论上讲,我们的宏观世界也必然存在微观粒子的“叠加态”,这是一种不确定的模糊状态。 我们生活的每一秒、每一分钟、每一天,其实都是一种叠加状态,蕴含着无限的可能性。 然而,由于我们的世界充满了观察行为,这也导致宏观世界的叠加状态瞬间崩溃。 是唯一确定的结果。 言下之意就是,在我们的宏观世界中,不可能直观地感受到叠加态。
然而,从理论上讲,宏观世界的未来确实是一个具有无限可能性的“混沌”模糊状态,而正是由于人(不仅仅是人类,还包括任何其他物种)的观察行为,模糊混沌状态才得以实现。继续崩溃。 它是唯一确定的状态,也就是我们每天看到的客观存在的唯一状态。
说白了,任何时候,我们都会有无限的选择。 这些无限的选择相当于模糊状态的“叠加状态”。 当我们做出选择的时候,叠加态就会瞬间崩溃成唯一的确定性。 地位,意味着我们只能有一个选择。 这相当于我们在每时每刻都有无数个岔路口的路上选择其中一个岔路口。
因此,从某种意义上说,不仅是微观粒子,宇宙中的一切事物都应该具有“叠加态”的模糊属性。
二、空间和时间的不连续性
长期以来,我们一直相信物体可以无限细分。 直到普朗克长度的出现,我们才明白空间和时间是不能无限细分的。 存在一个最小有意义的长度,即普朗克长度。
任何小于普朗克长度的单位都是没有意义的。 不仅长度,时间也不能无限细分。 有一个最小的时间单位,普朗克时间。
这意味着时间和空间组成的时空结构实际上是不连续的。 我们每天都感觉时间的流逝是连续的、顺利的,但事实上却并非如此。 时间向前跳跃,从一个普朗克时间跳到下一个。 然而,由于普朗克时间太短,我们无法直观地感受到这种间歇性的跳跃。
普朗克时间与普朗克空间密切相关。 普朗克时间等于光在真空中传播普朗克长度所需的时间。
时空的这种不连续性也意味着时空的结构不是一个光滑的整体物理资源网,而是由几乎无限多个不可分割的微小部分组成的整体。
举个通俗的例子,普朗克时间和普朗克长度的存在就像我们看电视、电影时看起来是连续光滑的状态一样。 其实图片并不是连续的,而是按每秒的播放速度固定的。 它由具有固定帧数的照片组成。 理论上,帧数越高,电影看起来就越流畅、越连续。
例如,如果帧数为48,则相当于电影虚拟世界中的最小时间尺度为48秒。 如果人眼每秒能分辨48次,就会看到原本流畅、连续的电影画面变成了静止的照片。 相邻画面之间是完全黑暗的,相当于我们通常所说的虚无或混乱的状态。 这个状态相当于我们现实世界中两个相邻普朗克时间之间的状态。 它是虚无或混乱,没有任何意义。
同样,我们真实的空间和运动也可以这样理解。 由于普朗克长度的存在,我们看到的物体的连续运动实际上是跳跃的。 至于跳跃过程中发生了什么,我们不得而知。 我们不可能知道,至少现在还不能知道,因为两个相邻的普朗克长度之间没有任何意义。
第三,相对论。
相对论包括狭义相对论和广义相对论。 我们先来说说狭义相对论。
狭义相对论的一个重要前提是光速保持不变。 说白了,光速与任何其他速度叠加后仍然是光速。
根据经典物理学中的速度叠加,比如,你在高铁上打开手电筒,我则静止在地面上。 在我眼里,手电筒发出的光速应该等于火车的速度加上光速。 结果大于光速。 这违反了光速不变的原理,产生了悖论。
为了防止悖论存在,火车上的时间必须慢一些,这样才能保证手电筒发出的光速不变,光速不变。
所以狭义相对论有这样的结论:速度越快,时间越慢。 从电影中换帧的概念来理解,物体速度越快,“换帧”的速度就越慢。
这意味着时间其实是相对的,每个人对每一秒的感觉都不一样。 你的一秒可能相当于我的一年,前提是你的速度必须足够快,足够接近光速。
不过,就每个人自己的感受而言,每个人对于某一秒的感受都是一样的。 说白了,每个人经历的一秒内“变化的帧数”总数是相同的。
我还用电影中的场景作为例子。 无论是快进还是慢放,电影画面中的人都感觉不到。 假设电影中的人是有意识的,我们录制这个人的某个视频动作一秒,并以两种模式播放该一秒动作:正常播放、慢速播放10次。 在这两种情况下,视频中的人只会感觉一秒钟过去了。
在没有任何其他参照系的情况下,每个人对一秒的体验都是一样的,因为在这一秒中,“帧数”是固定的,即一秒除以普朗克时间。 。
也就是说,无论你乘坐的飞船有多快,有多接近光速,只要你不离开飞船,你在飞船上的生活就和地球上的生活没有什么不同。 理论上来说,在你的一生中,地球的时间可能已经过去了几百万年,人类可能已经到达了世界末日,但你并不知道这一点。 即使你知道,其实对你来说也没有多大意义。 为什么?
因为如果不离开飞船,就永远无法返回地球。 从理论上讲,你可能会看到地球上的时间快速前进。 对你来说,就像快进10倍的电影一样,但地球人不会感觉时间真的过得更快。 即使前进,你也无法亲身感受到地球时间的“快进”!
事实上,地球上的每个人其实都生活在别人的过去或未来中,只是这个过去或未来非常有限,我们根本感觉不到。 要感受它,有两种方法。
一,以亚光速飞行一段时间,然后返回地球。 其次,在一个非常强的引力场附近停留一段时间,然后返回地球。
这两种方法都会导致时间变慢。 当你回到地球时,你会发现地球的时间已经过去了几年、几十年甚至更久,相当于你穿越到了地球的未来。
相信很多人都明白这个道理,我们也可以用更彻底的方式来理解双缝干涉实验视频,就是上面提到的“宇宙框架变化”。
相邻两个普朗克时间的跳跃可以通俗地理解为“宇宙坐标系变化”,当你的速度无限接近光速时,就意味着你的其中一个普朗克时间比静止物体的普朗克时间要长。 长,理论上甚至是无限长,这意味着你无法再进行“宇宙框架变换”。
而你处于宏观的“量子叠加态”,你是一个观察者。 时间应该以“普朗克时间”无限分裂,分裂成无限个平行宇宙。 每一次的“框架变化”,其实都应该包括平行宇宙的分裂。 但现在随着你的速度无限接近光速,“宇宙坐标系变化”停止了,这意味着无限的可能性和开始都叠加在同一个时空中,所以就有了无限的质量!
这就是为什么速度越快,质量越大。
很多人都有这样的疑问:如果光以光速传播,并且具有无穷大的质量,那无穷大的质量最终会不会塌缩成黑洞呢? 既然如此,就意味着无法利用速度来穿越时空。 这难道不会导致悖论吗?
事实上,这样的事情不会发生。 究竟发生了什么?
如果你想以光速飞行,有两种可能性。
首先,你成为一个没有静态质量的存在,它是一种像光一样的波。
其次,你变成了“玻色-爱因斯坦凝聚体”。
这是什么状态? 这种状态是指在接近绝对零的环境中,所有物质粒子都静止或同步运动。 这时,粒子不再具有“量子叠加态”的性质,自然也就不会发生分裂了。
早在20世纪末,美国科学家就创造出了玻色-爱因斯坦凝聚体。 在非常接近绝对零的环境中,大多数金属原子将以相同的量子态存在。
理想情况下,如果你还有意识,你可以在粒子加速器中加速到光速前往未来,并且整个过程不会发生量子叠加。 第二种方式更容易实现。
广义相对论的核心是“时空扭曲”,质量和能量都可以扭曲时空。 质量越大,时空扭曲程度越高。
根据膜宇宙理论,我们的宇宙实际上是一个“3D膜”,也就是膜世界。 还有许多其他的膜世界,所有物质都束缚在一张膜上,一张膜就是整个宇宙。 膜宇宙的概念源于弦理论,这里不再展开。
为什么黑洞没有时间概念? 因为时间和空间是一体的。 说白了,就是从一个空间跳到另一个空间造成的。 而且由于黑洞可以将时空结构无限拉伸,甚至可以直接拉伸到另一个膜宇宙。
两个膜宇宙之间的距离实际上相当于一个“普朗克长度”,相当于黑洞到达其他膜宇宙时“改变了框架”。 因此,相对于宇宙的其他部分,黑洞根本不会改变时间。 它是永恒的存在。 这也意味着穿过黑洞理论上相当于前往另一个宇宙。
还有一个问题,上帝真的会掷骰子吗?
我们先以看电影为例。 我们观看的每部电影的每一帧实际上都是固定的,无论我们观看多少次。
现在,假设有一天人类技术足够先进,电影的每一帧都可以不固定,而是可以通过计算机模拟。 根据上一帧的内容双缝干涉实验视频,可以模拟出所有的可能性,即“量子”“叠加”,这意味着电影的下一帧有无限的可能性。
因此,在观看这样的电影时,我们只能准确地知道我们已经看过的电影的情节。 假设视频为 48 帧,我们不知道 48 秒后会发生什么。
回想电子双缝干涉延迟选择实验,就相当于人类已经知道宇宙下一帧确实存在无数种可能性,也就是“量子叠加态”。 为什么当我们观察时,无数的可能性会立即出现? 它会塌陷成唯一确定的图景吗?
是谁在背后为我们做出了这样的选择? 这四十八秒到底发生了什么?
接下来让我们从电影世界回到现实世界,回到电子双缝干涉实验的过程。
在我们即将观察的那一刻,让时间暂停,即暂停到电子即将通过双缝之前的帧。 此时,不仅是电子本身,整个宇宙中所有可观察到的事物实际上都处于立即激发的“量子叠加态”。
这时,我们按下“播放键”,电子屏幕一黑,然后画面立即转入下一帧。 我们观察到电子穿过其中一个双缝,然后电子处于立即被激发的“量子叠加态”,等待着具有无限可能性的“下一帧”的到来。
我们可以这样理解整个过程。 所谓观测,本质上就是宇宙从“混沌”分裂到无限多个“确定”状态的过程。 电子在被观测到之前所产生的干涉效应,实际上来自于与电子叠加的粒子对无数其他宇宙中的“影子粒子”的影响。
一旦我们进行观测,叠加的宇宙就会从“混沌”状态分裂到“确定”状态,粒子自然会进入不同的宇宙。 当然,不同宇宙的粒子不会干涉。
如果我们不观察,经过普朗克时间后,粒子就会回到“混沌”状态。
宇宙的本质可能就像一幅图画,每一帧都处于“量子叠加态”,每幅图画都是只能持续一个普朗克时间的当下。
所谓的未来或许并不存在。 未来只是现在不断分割的结果。 这意味着每个人只能拥有过去和现在,却永远无法拥有未来。 换句话说,正因为我们拥有现在,我们也拥有无限的可能性,而这里的可能性就是未来。
差不多就这样了。
读完之后,很多人可能还“云里雾里”。 事实上,我很多次都有同样的感觉。 毕竟,量子力学的诡异不是一篇文章就能解释清楚的。 一百多年过去了,量子力学却无人能懂,所以只是“云里雾里”。
如果你声称你“真正了解量子力学”,那只能说明你不知道量子力学到底是什么。 我今天科普的目的并不是要给大家灌输什么思想。 更多的是基于现有物理理论的一些个人思考,能够给你带来不一样的东西。
如果您认为有不合理或者不准确的地方,请留言并与我们互动。 我们一起来讨论一下吧。 这才是科学和科普应该有的样子!
超过!