叠加态 量子力学里有 应该怎么去理解这个词 (叠加态量子力学)

admin 2024-11-30 69 0

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量子力学里有“叠加态”,应该怎么去理解这个词?

所谓“叠加态”是指微观粒子特有的一种状态,微观粒子具有同时存在于多个位置的能力,这种能力在我们宏观世界是非常不可思议的,但是在微观世界却是真实存在的,虽然爱因斯坦很反对这种“叠加态”概念,薛定谔甚至还设计了思想实验“薛定谔的猫”来嘲笑“叠加态”的概念,但随后的“贝尔不等式”证明在微观世界不成立,强有力的证明了微观粒子的确具有“叠加态”,这也证明了大神爱因斯坦也有错的时候,前面关于贝尔不等式我也讲解过,没看的话可以去看看前面几期。

叠加态 量子力学里有 应该怎么去理解这个词 (叠加态量子力学)

请确保你的确理解了“叠加态”,那么我们可以接着往下谈,叠加态表示微观粒子可以同时处于多个位置,怎么用数学语言来表达这种概念呢?很简单,我们可以把概率分到多个位置,让每个位置都分到一部分概念即可,我们用一张图来表达宏观物体和微观物体关于位置的信息,也就是前面几期我多次谈到的“位置概率图”,如下图所示。

为了照顾没看前面文章的朋友,我再解释下“位置概率图”,其实就是把粒子的位置放到横坐标,纵坐标放粒子出现的概率值,我们对比两幅图可以看出,宏观世界的位置概率图是一条竖线,只有某一个位置分到了概率且为100%,其余位置分到的概率值为0%,也就是一个位置“吃独食”的感觉。

但是微观世界的“位置概率图”却是大家一起“吃大锅饭”的感觉,每个位置多少都分到了一点概率值,所以这下你理解叠加态的数学表达方式了吧,其实就是把每个位置分到的概率值表达出来即可。

所以一个微观粒子虽然我们没观察前并不知道微观粒子到底在哪,但是我们可以说微观粒子处于:A地25%概率+B地35%概率+C地40%概率,也就是微观粒子同时处于A、B、C三地。

但是有人会问:你都没观察微观粒子,你怎么就能计算出A、B、C三地的概率?哈哈,其实你会这样问也能理解,因为我们宏观世界计算概率,如果无法用理论来计算,就只能去把一个实验重复做,然后统计次数来估算概率,比如我们抛硬币想知道正面的概率,假设我们啥理论都不知道,那么我们只需重复实验1000次,然后统计下正面的次数,就可以估算出来概率。

但是微观世界为啥我们没观察,就能提前知道微观粒子处于各个地方的概率值了?很简单,因为我们也可以像宏观世界一样把实验重复做,然后统计出现在各地的次数来估算概率,实验做很多次你就会发现一些规律,这些规律就是微观世界的物理规律,薛定谔就是用这种大量实验统计各个位置出现次数的方法“猜”出了薛定谔方程,关于薛定谔方程前面我也花了一期文章来讲,这里如果没看可以先去看看。

所以我们之所以不观察微观粒子就知道各个地方出现的概率,是因为我们掌握了微观世界的某种规律,也就是用“薛定谔方程”解出波函数,有了波函数就能知道微观粒子将来任意一个时刻各个地方出现的概率值了。

所以波函数其实就是用来预测一个微观粒子未来某个时刻某位置出现的概率值的。

但是你也许又会有疑问:仅仅知道概率值就足够了吗?我们宏观世界可以用牛顿力学去预言一个物体将来的运动,每一个时刻都可以给出100%概率的确定结,微观世界能否也找到一个类似“牛顿力学”的这种物理规律,让我们可以预言一个电子将来一定100%出现在某位置?

虽然我们很想找到这种“类似牛顿力学”的物理规律,爱因斯坦也想找到,所以说爱因斯坦认为目前量子力学不完备,可能存在“隐变量”。

可是我们却找不到,无论如何费劲去找就是找不到,所以此时你可能又会有疑问:现在找不到,不代表将来找不到,以后技术更发达,也许就能找到了呢。

我非常遗憾的告诉你,以后无论技术如何发展,你还是找不到。

为什么我敢这么肯定的告诉你这个结论呢?因为很简单,微观世界只能预测概率不是因为我们观察技术不行,而是因为“概率”是微观世界的本质属性,也就是微观物体本身就一直处于“不确定状态”。

很多人认为我们之所以对微观粒子用概率描述,是因为微观粒子运动速度太快,所以看起来好像同时处于多个位置,实际微观粒子一直都只处于一个位置,只是运动太快而已。

有这种想法的朋友很多,但是大家是否想过一个问题,一个微观粒子运动速度再快能快过光速吗?以我们目前的测量技术,连光速都可以精确测量出来,难道还不能用我们的技术去追踪一个小于光速的微观粒子?所以说“因为微观粒子太快导致我们测不准其属性”这种说法是极度错误的,我们之所以无法确定一个微观粒子而必须谈概率只有一个原因:微观粒子本来就不确定。

量子隧穿效应现在被证实,人类为什么不能接受?

用科学理论推动人类文明的发展,这应该是科学家的使命,而发现并掌握各种超前的理论,则是科学家们的梦想了,因为只有佼佼者才能做到,是实力和天资的证明。

在众多超前的科学理论中,有3个已经被证明是正确的,但其中包含的意义却让我们难以接受。

叠加态

叠加态是量子力学领域中的概念,用学术语言来说,不太方便理解,我们来看一个例子。

假设你出门扔废品,把门带上之后,你突然想起来自己好像没有带钥匙,所以你掏了掏口袋。

按照常人的理解,只有两种结果:带了或者没带。

但按照叠加态的原理,存在着第三种可能,那就是带了钥匙和没带钥匙两者并存。

宏观世界中就只有两种结果,微观世界中却有两者并存的状态。不光是“带钥匙”可以两者并存,生和死也行,还记得那只半死半活的猫吗?

没错,就是薛定谔的猫,我们不打开箱子去观察它,它就是半死半活的。所以量子力学领域流传着这样一句话:

只有被观测过的物理量才拥有现实意义

,不然一切免谈。

微观世界里的粒子,基本都存在着多种状态,在我们没有观测它的时候,粒子会表现出在各种位置的叠加态。

而当我们观测它时,它身上的叠加态便会消失,

展现出确切的本征态

光速极限

说到它就不能不提爱因斯坦,他在提出相对论的时候就点出了光速是宇宙万物的极限速度。

质能方程告诉我们,物体包含的能量有多大,它的速度就有多大。

光由光子组成,它是没有质量的。

换句话来说,它的质量全都转化成了能量,这样它才能拥有极限速度。

科学家早就做了多次实验,强如粒子加速器,也没办法让粒子达到光速。

或许爱因斯坦早已预料到这种情况,能量和信息的传递速度都得小于光速,不然就是没有意义的。

我们还得面对一个坏消息,宇宙如今仍旧处于高速膨胀的状态,如果我们没办法打破光速的限制,星际移民或许永远没有办法实现了。

不过爱因斯坦还给指点了一条明路,那便是时空扭曲。

光在运动时,要求时空稳定,而当时空不稳定时,光就不再是极限速度了。

量子隧穿效应

这个理论类似于“穿墙术”,我们在宏观世界里,物体是无法穿过障碍物而到达另一边的,但在微观世界中,粒子却表现出了这一状态。

量子隧穿效应刚刚提出来的时候,就得到了玻恩的支持,原子弹之父奥本海默也写过论文支持量子隧穿效应。

我们知道在微观世界里,粒子拥有波粒二象性,它既是波又是粒子,同时具有两种特殊状态。只需要证实一种状态有隧穿行为,

则另一种状态也会拥有隧穿行为



目前已经被科学家们证实,主要例子就是恒星核聚变。

氢原子的原子核想完成核聚变反应,就得穿越库仑位势垒,使得能量增强到原来的1000倍以上。

科学家观察到了原子核穿过库仑位势垒的过程,完美表现出了量子隧穿效应。

基本粒子有隧穿效应,那什么时候才能在宏观世界中表现出来?倘若真的表现出来了,我们也会拥有“穿墙而过”的能力吗?倘若真是这样,我们就不能用之前的理解来看待事物了。

量子力学:量子纠缠现象,是否揭示了另一个世界的存在?

量子纠缠是量子力学中一个引人入胜的现象,它描述了两个粒子间的一种强烈关联,即使这些粒子相隔很远。

爱因斯坦曾用量子纠缠来展示量子力学的潜在不完备性,并将其称为“鬼魅般的超距作用”。

当两个粒子处于纠缠态时,对其中一个粒子的测量会瞬间影响到另一个粒子的状态,无论它们相隔多远。

在量子纠缠中,未观测的量子粒子处于一种模糊的叠加态,只有当它们被观测时,其状态才会确定下来。

当科学家们观测到纠缠粒子中的一个并记录下其状态时,另一个粒子的状态也会立即确定,展现出一种奇特的即时相互影响。

有趣的是,量子纠缠效应不仅在理论中存在,而且已经通过实验得到证实。

科学家们通过量子计算机模拟实验,创造出多个平行的宇宙,每个宇宙都有相同的生命形态和事件发展路径,但宇宙的规则和初始条件各不相同。

模拟结果显示,这些平行宇宙之间似乎存在某种看不见的联系,一个宇宙中的事件变化会即时影响到其他宇宙。

这一发现让人联想到量子纠缠可能也与平行宇宙之间的联系有关。

有研究者推测,所有平行宇宙并非独立存在,而是相互关联的,就像纠缠的量子一样。

这意味着我们在这个宇宙中的行为可能影响到其他平行宇宙中的“另一个自己”。

此外,量子纠缠现象也与心灵感应的争论有关。

虽然心灵感应一直存在争议,但有实验表明,如血脉相连的亲属之间可能存在某种感应。

例如,前苏联的实验显示,当核潜艇中的小兔子被杀时,其母兔会有反应。

这表明心灵感应可能与量子纠缠有关,尽管目前尚不能确定它们之间的确切联系。

综上所述,量子纠缠不仅揭示了粒子间的奇异关联,还激发了人们对于平行宇宙、心灵感应以及宇宙间潜在联系的探索。

随着科学的进步,我们或许能够更深入地理解这些现象背后的原理。

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