當前位置:首頁>科技>由量子組成的概率世界怎么變成確定性的經典世界
發布時間:2025-10-27閱讀(1)
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首先,讓我解釋一下量子世界是不確定的。現在想象一個量子粒子,如果我們觀察它,我們可能會以50:50的概率發現它自旋向上或自旋向下。我們可能會認為,在觀察它之前,粒子早就是其中的一種狀態了,只是我們觀察之后才會發現它是哪種狀態。但事實并非如此,量子力學認為,在我們觀察和測量之前,自旋不處于任何一個方向,測量行為本身才迫使宇宙做出選擇。
如果經典世界也是這樣的,那么一個孕婦肚子內的寶寶,就好像既不是男性也不是女性,直到醫生用超聲波進行檢查才突然變成其中一種性別。這對孩子來說聽起來好像很荒謬,但這正是量子世界中粒子發生的事情,粒子在測量之前處于所謂的疊加態。 所以現在你可能會問:如果我們在測量時只能看到這些變量的一個值,我們怎么知道它真的處于疊加態呢?我們之所以知道這一點,是因為即使無法直接觀察到那些疊加狀態,我們也能通過間接證據知道它們互相干涉。例如,在著名的雙縫實驗中,即使一次發射一個電子,我們也能在屏幕看到干涉圖案。就好像它們中的每一個都同時穿過兩個狹縫并干涉自己,只要我們不嘗試知道這些粒子“實際上”在哪里,或者它“實際上”是什么狀態,這些疊加以及它們引起的干涉就會永遠存在。但如果我們這樣做了,這些量子效應就會消失,粒子就會變成經典物體。
這是真正的問題:量子理論并沒有告訴我們從概率到確定性的轉變是如何發生的,量子力學所能做的就是在我們進行測量之前描述粒子。根據量子力學,粒子的波函數不可能突然從50:50的概率變成100%的確定性。這種開關沒有理論依據,所以量子物理學家不得不手動添加作為量子力學本身的額外內容:坍縮,最早由物理學家約翰·馮·諾依曼提出。在過去的幾十年里,量子研究人員已經意識到,要理解我們稱之為波函數坍縮的東西,我們真正需要做的是更仔細地思考測量中發生的事情。 退相干無論我們測量什么量子物體,我們需要一些方法讓它與環境中的原子相互作用,尤其是我們大型測量設備中的原子。根據量子力學,這意味著粒子所處的量子態與環境中原子的狀態糾纏在一起。如果粒子處于疊加態,那么這種疊加就會通過糾纏過程傳播到與之相互作用的原子。粒子與其環境的相互作用越多,糾纏的原子就越多,疊加傳播得越遠。它仍然是一個量子系統,它仍然處于疊加狀態,但在如此龐大的粒子群中,越來越難看到原始粒子的疊加量子態之間的任何同步。就像一群蕩秋千的孩子,他們可能開始時同步來回移動,但逐漸失去了這種同步,這被稱為退相干。
如果想看最初的疊加,則必須查看所有那些糾纏原子的量子行為才能獲得全貌。但這很快就變得不可能了,這就像試圖追蹤漂浮的塵埃顆粒對空氣中所有原子的影響。因此,隨著糾纏的蔓延,它不可避免地會導致更多的退相干。 |
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