北京時間10月4日下午,瑞典皇家科學院決定將2022年的諾貝爾物理學獎授予法國科學家AlainAspect、美國科學家JohnF.Clauser和奧地利科學家AntonZeilinger,以表彰他們“用糾纏光子進行的實驗,建立了貝爾不等式的違反,并開創了量子信息科學”。
——量子力學中那些“奇特”的現象,其實在宏觀世界中也一樣存在
文/陳思進
之前,我曾在專欄文《量子力學并沒有否定客觀世界》中提及:不確定性原理聽上去神奇,其實倒也并不神秘,它是某些成對出現的物理量,術語叫共軛物理量的邏輯必然。不確定性原理是普適的原理。不管在微觀世界還是宏觀世界,不確定性原理具有明確的數學法則,即質量越大和體積越大的物體,其不確定性就越小。所以,任何肉眼可見的物體,它的不確定性可小到完全可以忽略不計。
Scam Sniffer:某地址在遭受網絡釣魚攻擊后因未撤銷授權共損失83stETH:金色財經報道,據Scam Sniffer監測,一名受害者疑似在遭受網絡釣魚攻擊后因未撤銷授權而損失了兩次$stETH。最初,他損失52stETH,然后在3小時前將31stETH轉移到同一個錢包。[2023/9/4 13:15:36]
文章發表之后,收到好些讀者的詢問,說他們看到的一些科普文章,都把量子力學描述得非常得“神奇”,甚至感覺“超自然”了。那我就再詳談一下吧。
最近,牛津大學量子信息學教授VlaskoVidral表示,“很少有現代物理學認同牛頓物理學可以和量子物理學相提并論,即便在日常生活的‘真實世界’中,也是如此。牛頓的理論只是一種近似,在任何尺度上世界都是量子的。”
DWF Labs購入價值20ETH的WFAI代幣:5月30日消息,鏈上數據顯示,今日晚間,DWF Labs所持有的錢包地址從uniswap分4次購入價值20ETH的WFAI代幣。[2023/5/30 11:48:32]
也就是說,量子力學非但適合量子世界,也適合“真實世界”——我們可見的宏觀世界。大多數人都以為量子的那些不可思議的特性,如疊加態、量子糾纏、不確定性原理等,只是量子世界的特性,在宏觀世界中并不適用。其實這是一個誤解。所有量子理論中的數學公式,都可以用在宏觀世界之中;所有適用于微觀粒子的概率計算,也都可以計算宏觀物體。
舉一個實例。如果我們將電子的位置測準到1毫米范圍,那么它速度的不確定性將高達1米/秒;如果將原子的位置測準到約10的-10次方米這一范圍的話,它的速度的不確定性,將高達1萬米/秒。
巨鯨地址在過去兩天內買入超6.3萬枚RPL:5月3日消息,據 Spot On Chain 數據顯示,域名為 rethwhale.eth 的巨鯨在過去兩天內以均價 47.63 美元的價格買入 6.377 萬枚 RPL(合計 304 萬美元)。最近一筆交易是 13 小時前,該巨鯨將 700 枚 ETH 交易為 2.7 萬枚 RPL,持有量在 RPL 持有者之中排 22 名。[2023/5/3 14:40:13]
但是,如果我們測量的是一個重1公斤的鉛球,假如我們把它的飛行速度測量至小數點后24位這個精準度,即便在這個精準度之下,它的位置不確定性的范圍,也不會超過一個原子的大小。
再比如量子隧穿效應,質量越小,概率就越大。這個概率的數學計算,同樣可以用來計算一個棒球打到墻上,有多少幾率穿墻而過,只不過計算結果的概率可小到宇宙末日的到來,才有可能發生一次。
區塊鏈域名服務EDNS與華為云達成合作:12月21日消息,區塊鏈域名服務Ether Domain Name Services (EDNS) 已加入華為云。華為云的愿景是借助Web3區塊鏈技術,并在EDNS解決方案的幫助下進行優化。(CryptoNewsZ)[2022/12/21 21:59:14]
然而,注意到,在一些科普文章中,把不確定性定義為只存在于微觀世界。這是一個誤解。事實上,在真實的物理理論中,量子的不確定性原理,其實并不只適用于微觀粒子,宏觀物體也同樣符合不確定性原理。而且可以定性地描述為一個公式,也就是:“一個物體的位置不確定性X它的速度不確定性<普朗克常數/物體的質量”。這是一個普世的公式,它表示物體的質量越小,那么不確定的范圍就越大;反之,則越小。
換句話來說,不確定性原理是普世原理。只是體積越大,不確定就越小。于是,任何人眼可見的物體的不確定性,已小到可以忽略不計了。不過,歸根到底,世界就是不確定的。
同時,疊加態也一樣,物理學家李淼先生曾說過:“任何物體可以處于不同位置的疊加態中”。不過,為何在宏觀經典世界中,迄今為止,似乎并沒有發現像人體、貓等也具有疊加態呢?這也恰恰是量子力學最大的特點,即,一旦一個系統足夠大,那么它的表現至少“看”上去,與經典物理系統就一樣了。
比如,著名的“薛定諤的貓”,盡管從量子力學的理論去觀察,這個“貓”可以同時處于生和死的疊加態。但是,由于“貓”太“大”了,“貓”通過呼吸和空氣發生了作用,即“貓”和外界接觸了。因此,波函數早就坍縮了,即“貓”肯定會要么生,要么死,不會同時處于生和死的疊加態。
20世紀初,由于相對論和量子力學的出現,人們普遍認為機械宇宙觀已經破產,甚至認為相對論和量子力學“推翻了”牛頓力學。
其實不然。
眾所周知,量子力學的發展是從因應19世紀末物理學上空的二朵烏云中的“黑體輻射”問題開始的;而反映經典物理學中的另一基礎性矛盾——另一朵烏云“以太漂移”,則被愛因斯坦的狹義相對論和廣義相對論所詮釋,揭示了空間、時間、物質和運動之間的內在聯系,帶來了整個物理學和人類認知領域的革命。
我還注意到,在很多科普相對論的文章中,也常有個誤解,就是說相對論只適合高速、大質量物體。而相對論在低速、小質量物體時,也是對的。就像在宏觀世界觀察不到量子現象一樣,相對論在低速、小質量物體時,也只是不明顯而已。
其實,愛因斯坦是在洛倫茲變換的基礎上,建立起來的一種新的時空觀,后來被稱為“相對論時空觀”。在愛因斯坦新的時空觀里,原有的力學定律都需要被修正,而牛頓定律不過是低速度空間里的特例。
這就是為何亞里士多德的落體理論和托勒密的地心說早已成為歷史,而牛頓力學至今仍然是全世界所有物理學的基礎教程的原因所在,并且依然是現實生活中使用最廣泛的物理學知識。
顯然,不僅相對論和量子力學絕對沒有推翻牛頓力學,而且它們是以全新的方式,更精確和更清晰地再次證明了牛頓力學的科學性,因為,低速空間是我們的常態。
最后,用李淼先生的一句話作為此文的結語:“量子力學的世界是一個神奇的世界。這個世界再神奇,也不會神奇到沒有意識就不存在。它只是告訴我們,一個粒子可以處于不同位置的疊加態中,甚至任何物體都可以處于不同位置的疊加態中。”
2022年10月05日寫于多倫多安大略湖畔
一、單選題(題數:20道,共:40分) ()是項目研究結果的展示,也是數據分析結論的有效承載形式.
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