日常生活经验告诉我们,我们生活在一个经典世界里,何为“经典世界”?说白了,这个世界是确定的,可预测的,可描述的 。这也是爱因斯坦一直坚持的“实在论” 。
举个例子,很多人都打过篮球,投篮时只要我们控制好出手的力度,角度,然后综合当时的风速,湿度,温度等环境因素影响,就一定能投进篮 。
而且,即使不能投进篮,我们也当然知道篮球不可能突然消失不见,更不可能突然出现在月球上或其他不可思议的地方 。
如果真发生上述情况的话,我们肯定会认为见鬼了,被吓得六神无主 。
总之就是,在我们生活的经典世界里,只要掌握了任何事物的所有运动参数,一定能预测事物的未来走向,同时也可以推算出事物过去的运动状态 。
不过,这看起来坚不可摧的“实在论”,在量子力学出现之后,轰然倒地,实在论被彻底颠覆了 。颠覆的还有我们几千年来的世界观和宇宙观 。
还是拿打篮球举例子,你投篮时,无论投出去的篮球多么离谱,大体上总是朝着篮筐而去的,不可能径直飞向太空,然后飞到月球上,甚至飞向4.2光年外的比邻星 。
但是,如果你在量子世界投篮,上面的一切都可能发生,不仅会发生,还有更不可思议的现象 。篮球会同时出现在两个不同的地方,甚至在你还没有开始投篮之前,篮球就已经飞出去了!
这不是违反了因果律了吗?确实如此,在量子世界,因果律彻底失效了 。
看到这里,你是不是彻底疯狂了?不要着急这么快疯掉,因为让你更加疯狂的还在后面 。
在量子世界,一切都是不确定的,我们永远无法同时确定微观粒子的速度和位置信息,只能用概率去描述,也就是所谓的“概率波”,用波函数才能描述微观粒子的状态 。
波,意味着不确定性,同时也意味着无处不在 。理论上分析,微观粒子可以出现在任何地方,说白了微观粒子可以同时出现在宇宙的任何角落,因为我们只能用“波函数”来描述微观粒子的状态,而波函数可以呈现出任何状态,它是不确定的 。
不过,任何形式的观测行为都会让微观粒子从不确定性坍缩为确定状态 。当我们实施观测的一瞬间,微观粒子的波函数就会坍缩为某一种确定状态,波函数也随之消失了,从波的不确定性坍缩为粒子的确定性 。
微观粒子的这种不确定性可以带来很多让我们意想不到的效果,比如说量子隧穿效应,微观粒子可以穿越它的能量势垒,直接穿越“无法逾越”的屏障 。
何为“能量势垒”?可以用宏观世界来理解 。你面前有一堵10米高的墙,赤手空拳的情况下,无论你如何努力,都不可能翻过那堵墙,那么“10米”就是你的“能量势垒” 。
微观粒子也有自己的“能量势垒”,通常情况下,微观粒子是不能穿越能量势垒的 。但是由于不确定性的存在,微观粒子有一定概率直接穿越能量势垒,看起来就像瞬移一样 。
不确定性原理中,速度和位置具有不确定性,同时时间和能量同样具有不确定性,这意味着只要时间足够短,能量就可以非常大 。所以,在足够短的时间里,微观粒子可以瞬间获取无比强大的能量,能够瞬间穿越不管多么高的能量势垒 。
太阳内部的核聚变就需要这种量子隧穿效应,否则核聚变就不可能发生,因为太阳核心的温度和压力本来就不可能达到核聚变条件的,但是正是由于量子隧穿效应,即便环境达不到核聚变,但微观粒子仍旧有一定概率穿越能量势垒来完成核聚变 。
除了量子隧穿效应,还有更诡异的量子纠缠 。处于纠缠状态的两个微观粒子,只能体现出整体属性,于是两个粒子无论相距多远,都可以瞬间“感应”到彼此的变化 。
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