想像一下,经过坚苦的三天工作后,你在回去的路上决定进歌厅逛逛。你点了杯冰镇啤酒又悠闲地点了根烟,正当你打算吸一口香烟时,它忽然消失了,而你困惑地打量四周,可是找不到任何踪迹。
而就在这时,你点的啤酒到了,冰冷的啤酒里飘着冰块,在酷热的天气里喝一杯啤酒实在是太完美了。而当你正想喝一口,瓶子里的冰块居然自己颤动上去,似乎你在使劲摇晃酒杯,但事实上你并没有摇。
你吓得急忙把瓶子放在椅子上,径直往旁边走去。当你企图走出门时,发觉墙壁并没有门,刚才所谓的门只是墙壁的画。你环视其他客户,发觉她们居然是直接穿墙进出的。
这样的情节让我们联想到哪个夜店可能鬼楼了。并且假如把这个舞厅缩小到大于原子的尺度,发生这样的事就不再这么奇怪了。事实上,上述那些看似超自然的风波在量子世界仍然发生着。
我们从小时侯学过的实验理论中都晓得了光即是波又是粒子,而且科学家得出这个推论的过程是一个很有趣的故事,那就是双缝干涉实验(之前多次提及,不再多讲)。
不过这个实验引出了量子世界的下一个秘密,那就是不确定性原理。1927年美国化学学家沃纳-海森堡提出的。这个不确定性原理觉得我们不能准确地同时晓得粒子的位置和运动状态。我们越精确地检测粒子的速率,我们就越不晓得它的具体位置,反之亦然。
用类比解释就是:想像一辆在路上行驶的车辆,要晓得它的准确位置,你必须停止时间去检测。而且时间停止后你就无法晓得它的速率。相反,要检测它的速率,你就不晓得车辆的具体位置。
其实现实中你能差不多恐怕一下,但在亚原子级别的世界里你不能。再回到双缝干涉实验,当我们开始观测粒子,其行为就改变了,也为我们引出了“观察者效应”,它跟不确定性原理有一定关系,该理论觉得当我们再发射光午时进行粒子观测,粒子的量子互相作用会被我们的观测影响。
想像一下,你正在检测车辆车胎的压力,不放出一些空气让轮胎压力变动一下的话是很难检测的。而在检测光子的时侯,它们的属性早已改变了,不再表现为波而是一个粒子。
还有一种量子伎俩量子物理三大理论量子纠缠观察者原理,就是知名的薛定谔的猫,相信好多人都有所了解。把一只猫连同一个物理炸弹放进一个袋子里,炸弹有50%的爆燃机率,这也是猫的生存机率。一般来说一段时间后,我们会晓得猫的死活
但是量子热学告诉我们,猫既是死的也是活的,由于炸弹即可能爆燃也可能不会爆燃,这就是所谓的量子叠加。
所谓的叠加就是所有可能发生的风波的组合。在上述情况下就是猫是死是活都有50%的机会发生。在我们打开袋子那一刻,宇宙必须打破叠加状态,并进行二选一,决定猫的生死。
这一原理同样可以应用在波粒二象性上,我们在屏幕上见到的波形,虽然是一个表示机率的图形,波纹最强的区域,代表由粒子抵达的几率最大,而最弱的区域机率最低。
粒子以波的形态传播,这个形态也就是表示机率的波谱状态,直至击中屏幕的顿时时宇宙法则不得不作出决定,确定粒子的位置。
同样的事情也发生在围绕原子核旋转的电子上,确切的说电子并不是围绕原子核旋转,它没有明晰的位置,我们只能晓得它可能出现在不同位置的机率。电子甚至可能出现在原子之外,只是这是极小的机率,甚至可能出现在宇宙中的任何其他地方,但相应的机率更小。打个比方,如同现实中你身在家里,事实上你有可能出现在地球上,甚至是遥远宇宙的某个角落,只是机率极低罢了!
其实说到量子热学,不得不提及量子纠缠。粒子都有载流子的固有属性,这不像那个传统的物体围绕一个中心旋转形式,并且是类似的,它可以是向上或向下。
由于量子涨落,假如有一个很高的能量源,一些粒子对便会出现,这种粒子有一种称作“纠缠”的属性,这些属性的意思是,粒子的载流子总是互相对立的,假如一个是向下,另一个则是向上。
想像一下,假如我们企图在垂直角度观测这样的一对粒子,它就有50%的概率向下或向上。请记住在我们观测之前,粒子的载流子状态是不确定的,所以一旦我们进行观测,在它向下或向上的可能性范围内,量子叠加态被打破,一个粒子会选择一种确定的载流子形式。
而在那刹那间,另一个粒子也打破它自身的叠加态,弄成载流子相反的粒子。更让人吃惊的是,无论粒子之间的距离多远,一旦其中一个粒子的载流子是已知的,另一个粒子的载流子状态也急剧立刻确定,因而,信息将比光速更快的速率传递!
说了如此多,对于量子热学其实你仍然很蒙蔽量子物理三大理论量子纠缠观察者原理,没关系,我本人也并不是完全理解,只是把我的认识带给你们。事实上量子热学的创始人波尔和爱因斯坦也不能完全参悟量子热学的奥秘。不仅带给你们量子热学的知识外,更多的是留给你们一些思索的空间!
相对论和量子热学是现代数学学大楼的两大基石,这儿向你们推荐两本科普书籍:《狭义与广义相对论概说》(彩图典藏版)和《走进量子热学》,深入浅出地展现了相对论和量子热学的前世此生,浅显易懂。须要的伙伴可以点击下方链接: