03.06 为啥很多人不接受量子力学的“叠加态”

前面我写过20篇关于量子力学的文章,其中量子力学有一个核心的观点就是“叠加态”,说的是一个微观粒子可以同时处于多个位置的“叠加态”,也就是同时处于多个位置,这听起来非常不可思议,所以很多网友表示无法接受这种观点,今天我就针对叠加态来谈谈相关内容。

为啥很多人不接受量子力学的“叠加态”


首先要明确一点,叠加态早就被实验证实过了的是的确存在的物理现象,所以叠加态这个理论绝对是属于科学范畴,因为它具有被证实或者证伪的特性。我前面专门讲过判断一个研究是否为科学的标准:就是看这个研究能否被证实或者证伪。

那么这个叠加态是如何被证实的呢,其实就是贝尔不等式,前面我专门写了一篇文章来介绍为啥贝尔不等式可以证明叠加态的确是客观存在的,并非由于微观粒子运动太快导致看起来像叠加态。如果你感兴趣可以先翻翻前面的文章来看下。

为啥很多人不接受量子力学的“叠加态”

那么这种叠加态为啥很多人反对呢?其实最开始爱因斯坦和薛定谔也很反对这种叠加态,因为一旦出现叠加态,必然会面临一个不确定性问题。爱因斯坦一直认为我们可以慢慢探索自然规律来预测未来,我们虽然现在不能预测所有事物的未来会如何,但是这是由于我们探索的自然规律还不够多不够深入造成,如果我们继续不断研究探索,那么自然规律会越来越被人类掌握,那么人类预测未来的能力会越来越强。

所以爱因斯坦认为虽然目前微观粒子我们不能预测其将来一定会如何,但是随着科学的发展,我们肯定能在未来某一天彻底掌握微观世界的规律,从而能够像宏观物体一样预测一个微观粒子将来一定会发生啥,从而抛弃对概率的描述。

为啥很多人不接受量子力学的“叠加态”

但是微观世界具有的不确定性,如果本身就是一种规律,那么刚刚的推论就不能成立了。首先在我们经常接触的宏观世界里面,其实很多事情都具有确定性的,比如一个小球的位置在哪,一个小球当前速度是多少,都是可以精确测量的,并且小球从开始到结束运动都会有一个清晰的轨迹图,我们只要掌握了某种物理规律(比如牛顿力学),那么不需要等待小球运行,我们也能从理论上推演出小球在将来某个时刻一定处于啥运动状态,这种就是所谓的“决定论”。决定论告诉我们,只要我们掌握了足够多的初始参数和物理规律,将来的一切都是可预测的。

为啥很多人不接受量子力学的“叠加态”

但是微观世界却不遵守这个规律,因为微观世界的任何粒子,都可以同时处于多个位置,也可以同时处于多个速度,这种诡异的特性并非由于微观粒子速度太快导致看起来像处于多个位置,看起来像多个位置和实际本来就处于多个位置,这绝对是两码事。

一旦微观粒子的“叠加态”是真实存在的,那么就会出现一个麻烦的事情,因为我们要预测一个微观粒子需要拿到它的初始信息,就像宏观世界我们预测一个小球将来的运动,也必须拿到初始信息才行。但是微观粒子的初始信息如何拿呢?首先微观粒子一直处于多个位置的叠加态,这已经让初始信息变得难以琢磨了,更何况微观世界还有一个“海森堡的测不准原理”,也就是你永远无法同时精确一个微观粒子的位置和动量,所以面对这一系列的问题,必须要寻找一门新的理论来描述微观世界,这个新的理论就是“概率”。

为啥很多人不接受量子力学的“叠加态”

虽然我们不知道微观粒子初始到底在哪,但是我们却可以获取到概率值,比如微观粒子可能出现在A、B、C三个位置,我们虽然不知道微观粒子到底在哪,但是却知道微观粒子处于A的概率是30%,B的概率是60%,C的概率是10%,而这些概率我们如何得到呢?

第一个办法就是做实验,比如把一个微观粒子按照同样的初始条件放到一个布局容器里,然后在相同时刻统计微观粒子在A、B、C分别出现的次数,一旦反复去做统计,数据量大了,就可以大致估算出各个位置的概率值,最后通过不断的统计,人们发现了微观粒子的具体位置虽然无法预测,但是出现在某位置的概率却是可以预测,最后我们终于研究出了一个方程,这个方程可以根据当前微观粒子所处的状态,预测出未来微观粒子在某位置的概率和处于某速度的概率值。

为啥很多人不接受量子力学的“叠加态”

虽然我们目前还无法像宏观世界一样可以精准预测一个物体将来一定处于某种状态,但是知道概率值已经对我们有很大帮助了,为啥我们面对微观世界只能获得概率而不能获得确定值,这其实就是根源于微观世界的一个本性:微观世界本身就是处于不确定的。

所以我们前面谈到的“决定论”,其实已经不再成立了,未来充满的无穷的变数,纵使我们穷尽所有物理规律,也无法100%预测未来,我们能做到就是给一个概率值,因为微观世界本来就是不确定的,更何况我们也无法穷尽所有物理规律。


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