《量子的世界--扶好你将被惊掉的下巴》
第9节

作者: geffect_fraily
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  举个例子,一个电子,它的位置在A处的概率为50%,在B处的概率是30%,在C处的概率是20%,由于概率加起来等于1,也就可以知道它在宇宙中其他任意一处出现的概率都是0。于是,当我们观察这个电子时,就有50%的几率在A处看到,30%在B处,20%在C处看到它。注意,用了“观察”这个词容易让人误解为“唯心主义”,好像电子会随着我们的观察来改变自己的位置一样。其实并非如此,我们的“观察”是通过光与这个电子发生关系的结果,而当光照射时,电子就是50%在A,30%在B,20%在C被光照射到,然后才被我们观察到。所以即便我们不观察,电子与光发生作用也仍然是按照这个概率来进行。

  所以世间万物,它的真实存在的状态就是“概率”。它并不真实地处在哪一点,而是处在一个蓄势待发的状态,当外界要与它发生关系时,它就按照概率选出一个值来回应。想象两个拳击手,他们离得远时,都保持起手式而不出拳,他们越走越近,近到一定距离(要发生关系)时,各自按照自己的习惯随机打出一拳。
  现在,看着你眼前的任何一个物体,它其实并没有固定地处在某一个地方,而是可能处在全宇宙的任何一点,但是除了你看到的位置周围极小极小极小的范围的点之外,其他的点的概率是0。当一个光子与它发生关系,它就在这个极小极小极小的范围内选出一个位置来回应,这个光子与它发生关系后进入你的眼睛,在你的脑海中就得到一个这个物体的位置,由于这个范围极小极小极小,所以所有与它发生关系进入你的眼睛的光子都使你觉得它处在一个不变的位置。

  也许有人还是觉得难以置信,既然它不与外界发生关系时没有处在任何地方,那它还是真实存在的吗?当然了,是真实的,它的真实性就是当任何外界与它发生关系时它都会表现出一个值来做回应,如果不是真实的,怎么会有这个回应呢?就像拳击手,他虽然没有出拳,但他仍然是一个真实的拳击手,我们之所以认为他是一个真实的拳击手,是因为有人打他时他会出拳。
  现在,大家有什么想说的?

  日期:2013-03-22 21:51:21
  二十六、听有深度的人说话,往往起到意想不到的效果
  概率的解释,并不能让人心甘情愿地接受。因为接受了它,就代表接受我们人类不可能完全准确地按照物理定律去预测客观世界的行为了。而只能根据概率来指出可能的情形,以及大量事件发生时的统计分布。这就类似于我们扔硬币,我们可以预测出来要么是正面,要么是反面,但我们不能预测扔下一次会是反面还是正面,但我们又可以预测当扔非常多次的时候,正面和反面出现的次数应该基本相等。就像干涉实验,一个光子或者电子通过的时候,我们不能预测它的位置,但我们可以知道大量光子或电子通过时他们将明暗相间的分布。

  这实在让人不甘心,按理说,我们准确地测量出来电子的位置及速度,就应该可以预测它以后的行为啊。为什么我们做不到呢,问题究竟出在哪?

  开始的时候,科学家想也许是我们测量到的变量不够,客观世界中还有我们没有观察到的变量(位置,速度,时间等都是变量),称作“隐变量”。科学家试图通过引入隐变量的方式找到可以完全预测物理行为的定律公式。
  当创造“矩阵力学”的海森堡与爱因斯坦探讨这个问题时,爱因斯坦说了一句:“客观的存在将决定我们的观察”。爱因斯坦的本意是想说,客观世界还有尚未被人类发现的规律,才导致我们不能准确地预测观察结果。没想到这句话在海森堡的身上起到了完全相反的作用,引出来一个让人沮丧的定律。
  这就是不确定定律,也叫测不准定律。
  可见,和有深度的人交流,即便他说的话不符合你的意思,往往也可以引发你的思考,给你新的灵感。所以我们一定要抓住机会多和有深度有能力的人沟通交流。
  现在,让我们看看这个不确定定律究竟是怎么一回事。
  日期:2013-03-23 12:36:09
  二十七、翘翘板
  海森堡一次在散步的时候,思考着概率的问题,想到了爱因斯坦的那句话。脑海中突然闪过一个想法:客观的存在决定了我们的观察,那为什么不是客观的存在决定了我们只能观察到概率呢?

  他兴奋异常,马上回到家,开始计算。不知各位有没有过这种经历,灵感迸发的时候,那真的是吃不下饭,睡不着觉啊!感觉真是异常的奇妙。
  当他认为自己的思考已经很成熟以后,向他的领导玻尔(海森堡当时在哥本哈根研究所工作)提交了自己的理论。就是测不准原理,也可以叫做不确定原理。
  他说,当我们进行测量时,有的变量(比如动量(质量*速度)和位置)不可能同时进行精确测量。你把一个变量测得越精确,那么另一个变量就会更不精确。举个例子,只是为了说明这个逻辑,不要关注数字:我们同时测量一个物体的位置和速度,如果测量位置的精度达到±1mm时测量速度的精度可以达到±1mm/s,那么如果我们能够把测量位置的精度提高到±0.5mm,测量速度的精度将会下降至2mm/s。就像翘翘板一样,想要把一段压低,另一端一定会升高。

  他举了一个测量的例子作为证据:用γ射线测量电子的位置。由于γ射线的波长短,频率高,所以撞上电子的γ射线光子显示出来的位置的精度就很高,但是由于γ射线频率高能量大,所以会引起电子动量极大的变化而不宜测量。如果我们用频率较低的光对电子的位置进行测量,虽然动量变化小而易于测量,但由于波长较大,导致了分辨率较低,电子的位置又会变得更不准确。
  他还利用了他的矩阵力学进行了数学证明,玻尔研究了几天后,认同这个不确定原理,但他采用波动方程及概率的方式对此进行证明,并在数学上证明了“波粒二象性”本身就可以推导出不确定原理。意思是能够同时表现出波动性和粒子性的数学表达式就可以推导出不确定原理。这是数学上严格的证明,并非简单的哲学思考或者推断。
  其实仔细想想这并不奇怪,我们进行测量或观察时,总是需要客观事物来做媒介,比如靠光才能看到。但由于媒介本身也具有波粒二象性,意思是它本身也不是一个确定的状态,借用小品中的一句话,“用谎言验证谎言,得到的只能是谎言”。现在我们用不确定的状态去测量不确定的状态,得到的必然是不确定的结果。
  也许你觉得“测不准”这个结论下得太武断,不能让人信服。别着急,咱们慢慢说,因为爱因斯坦的后半生都在努力地反驳它。
  仅仅听名字就知道这是一个令人沮丧的原理。那么它究竟意味着什么呢?
  日期:2013-03-23 14:38:30
  二十八、上帝给真理的房间上了锁
  牛顿以前,我们从不敢奢望可以站在上帝的视角审视宇宙,看着天体看着自然都是那么神秘而不可知;自从牛顿定律问世,人类突然发现自己已经可以像上帝一样明白宇宙中的一切,可以预测宇宙中的一切。这种感觉持续了两百年,人类已经习惯了这个感觉,已经把这当做了理所当然。所以直到不确定原理以前,科学家不满足于概率描述,仍然在寻找准确描述和预测自然界的规律,但这个努力却屡屡碰壁没有进展。而海森堡,突发灵感,离开上帝的位置,重新站在人类的角度上进行审视,意识到了我们人类别管发现多么神奇的规律,都是要建立在观测客观世界的基础上。而一旦观测的活动受到限制,那么人类了解宇宙的能力也将受到限制。现在,我们之所以不能成功地了解宇宙的真理,正是因为我们的观测能力被限制了,而这个限制就是不确定原理。
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