03.02 量子力学怎么在宏观表现的?

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量子力学是主宰微观世界的物理定律。主宰宏观世界的是经典力学,它本质上是微观世界量子力学在宏观世界的近似,这个近似过程最主要的一步就是退相干,也称退相位。你可以把它想象成大量粒子的波函数叠加在一起,相位混乱了,波动性再也观察不到。同时因为粒子间的大量相互作用使得粒子们结合在一起,变得局域化,能够用经典力学里的质点模型来描述了。于是一般情况下,量子力学在宏观世界无法直接表现,而是近似到经典力学,即表现为牛顿力学和分析力学。

如果想在宏观尺度观察到量子力学现象,那么对微观粒子的类型、组成方式,环境等等要求特别严格。首先是粒子之间的相互作用要非常弱,其次是粒子和周围环境相互作用也要非常弱,最后是粒子们都要处于同一个或少数几个量子态上。

目前符合这三点的宏观量子现象非常少,代表性的主要有三个,第一个是激光,因为光子之间不发生相互作用,同时与光子与气体相互作用较弱,绝大多数能直接穿过,光子被反射和折射也对量子态影响比较小,所以用激光的单个光子可以进行量子通信,以及光量子计算。

第二个是超导,这是由于超导材料中一些原子最外层的电子可以在晶格振动模式(声子)的辅助下相位相干地配对,称为cooper对,其能量可以高于晶格散射能量,从而对于cooper对来说电阻为零。由于要求晶格散射能量低,所以超导需要非常低的温度,目前发现的最高温超导材料也要零下一百四十多度才行。超导电路方案目前是研制通用量子计算机的首选技术。

第三个是超流,最早产生在接近绝对零度的液氦里面,由于原子之间几乎没有长程相互作用,相互作用很弱,极低的温度下粘性为零。后来实现了超冷原子量子气体的玻色-爱因斯坦凝聚,在真空环境下制备,温度只比绝对零度高不到百万分之一度,是实验室能实现的最冷物质。不但原子之间没有长程相互作用,而且原子密度更稀薄。因为温度极低,原子物质波的波长足以高过这团原子的尺寸,故能够观察到很明显的物质波干涉现象。目前是研制专用量子计算机(量子模拟机)的主要技术之一。


九维空间


许多人认为,量子力学不适用于宏观现象,也有些人认为,目前科学家正在搭建将量子力学由微观通向宏观的桥梁,我曾看到一个报导,说中国南方的一所高校(不是潘),已经作出了一个死活叠加态的细胞,但他们都忘记了,有一个量子力学的先驱,早已将量子力学推广到了宏观物体上,证明了宏观物体也会存在那些奇怪的量子现象,这个人就是薛定谔,他说的那个具有量子力学奇怪特征的宏观物体,就是薛定谔的猫。

我不知道这些人是不是完全理解了量子力学,因为按照量子力学,严格来说,只能说是按照量子力学的标准解释,即就是你已经作出了一个死活叠加态的细胞,或者再放大一点,作出了一个死活叠加的猫,你也无法知道,你作出的东西究竟是不是一个死活叠加的猫,因为你不能观察它,去看一下你作出的究竟是个什么东西,你一旦观察,这个死活叠加的猫,就立马坍塌为一个确定的死猫,或一个确定的活猫,不再是你作出的那个叠加态了。

薛定谔是为了说明量子力学标准解释的荒谬性,才提出了标准解释的这个推论的。坚持标准解释的人,为了避免这种荒谬,又发展出了一个多宇宙理论,认为你观察前的那个死活叠加态是确实存在的,但是在你观察它的瞬间,我们这个宇宙就会立马分裂成两个平行的宇宙,在一个宇宙中,猫活着,在另一个宇宙中,猫死了。如果你观察到的是一个活猫,那么,这个你就正好处于猫活着的那个宇宙中,但在另一个宇宙中,还有一个你,那个你看到的将是一个死猫。

与那个死活叠加态的猫一样,另一个宇宙你也无法观察到它的存在,证实它的存在,因为你想观察它,那就必须要有它发出的光或别的什么东西到达你的眼睛里,与你的视网膜产生相互作用,或你发出一个什么东西到它那里去,并且产生相互作用。这时,它还能是我们宇宙之外的另一个宇宙吗?

如果你观察到了另一个宇宙,你也就知道了另一只猫的死活,也就是说,你已经完全观察到了一个活猫和死猫,这就与标准解释中的你只能看到死与活中的一个状态相矛盾了。

他们信誓旦旦的说,那些奇怪的现象是存在的,但又立马告诉你,那个奇怪的现象你不能观测验证,你一旦观测验证,这些奇特现象就立马坍缩为正常的,你能理解的现象。

把大家都当成了傻瓜,想怎么骗就怎么骗?

玻尔在反驳爱因斯坦时说,你不能谈论观测前的情况,因为爱因斯坦认为,观察前,猫究竟是死还是活着,应该是明确确定的。但玻尔却自己可以说,猫在观察前,处于一种更复杂的死活叠加态。这是不是有点强词夺理?


董加耕


现在谈量子力学在宏观的表现为时尚早,因为科技还设有搞清楚量子,量子力是什么样的物质,虽然研究的人很多又是当代的热门,但说法不一,至今应用上难度大,不可確定性大,主要还是通过电磁光热的知识在研究发展和运用,它的纠缠的性质等等,电磁光等都有,而且应用上也离不开电磁等基本性质,我觉得当前要踏实地研究,切不要造成误导!


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