近期热门的精选读物《第一推动丛书·弦理论之争系列》,幽默有趣非常动人!(39)

2023-07-21 来源:旧番剧
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虽然我们在上文只通过几个特殊例子来说明可能历史的组合,但这种思考量子力学的思维方式却具有一般性。经典物理学所描述的现在有一个独一无二的过去,而量子力学的概率波扩大了历史的含义:在费恩曼的体系里,我们所观测到的现在代表了一种混合——一种特殊的平均——与我们现在所看到的一切相符的所有可能的过去的混合。
在双缝实验和分束器实验中,电子或光子从光源到探测器有两种选择——左边或右边的路径——只有把所有可能的历史组合起来,我们才能解释观测到的一切。如果障碍物有3条缝,我们将不得不考虑3种可能的历史;如果有300条缝隙,我们就需要考虑所有可能历史的贡献。现在我们来考虑一种极限情况,如果障碍物上有无数条缝隙——缝隙如此之多以至于障碍物都可以当作不存在了——则根据量子力学,每个电子会踏遍每一条可能的路径以到达探测器上的某一点,只有把与每一种可能历史相关的概率都考虑进去,我们才能解释得到的数据。听起来这或许有点奇怪(确实很奇怪),但正是这种奇怪的处理过去时间的方法解释了图4.4、图7.1(b),以及每一个探索微观世界的其他实验中的数据。
你可能想知道历史求和这种说法的准确含义到底是什么。电子真的是踏遍了所有可能的路径才撞到探测器上的吗?还是说费恩曼的说法只是一种能够得到正确答案的巧妙数学设计?这是评价量子实在性本质的关键问题之一,因此我希望我能给出一个明确的答案。但是我做不到。物理学家们常常发现这种把历史求和综合起来考虑的方法非常有用;我在我自己的研究工作中经常使用这种思想,因此我当然觉得它是对的。但是那和说它就是真的还不是一回事。关键在于,量子计算明确地告诉我们电子落在屏幕上这一点或那一点的概率,而这些预测又与数据相符。一旦我们考虑到了理论在预言上的有效性,电子究竟是如何到达屏幕上某点的就不再那么重要了。
当然,你可能会进一步想到,我们也可以解决到底发生了什么这个问题,只要我们改变实验条件,我们也能看到带来了所观测到的现在的各种可能过去的大杂烩。这是一个好建议,但我们也知道还存在另外一个问题。在第4章中,我们知道概率波并不能直接观测到;而费恩曼把各种历史结合起来的想法也只不过是一种思考概率波的特殊方式,因而它们也没法被直接观测。确实如此。观测不能区分各种历史;相反,观测反映的是所有可能历史的平均。因此,如果你改变了实验条件,再观测飞行中的电子时,你将会看到每个电子在或这或那的位置穿过额外的探测器,你永远不会看到任何的多重历史。当你用量子力学来解释为什么你会在或这或那的位置看到电子时,答案将与导致中间观测现象出现的所有可能历史的平均有关。但是观测本身只能针对已经求和的历史。观测飞行中的电子时,你已经将你所谓历史的概念推后了。
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