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!(55)
2023-07-21 来源:旧番剧
主要思想是这样的,当将薛定谔方程应用于简单的情况,比如通过有双缝的屏幕的单个独立光子,就会形成著名的干涉图样。但实验室中的实验有两个特别之处是真实世界所无法具有的。第一,我们在日常生活中所遇到的事物要比单个光子大得多,复杂得多。第二,我们在日常生活中遇到的事物并不孤立:它们总与我们及周围的环境相互联系。现在在你手中的这本书就与人类有接触,更一般性地说,这本书正持续不断地被光子和空气分子撞击。而且,由于书本身是由许多分子和原子组成的,这些躁动不安的组分本身也会互相碰撞。同样的道理也适用于测量仪器上的指针、猫、人类的大脑,以及你在日常生活中碰到的每一件事物。在天体物理中,地球、月球、小行星以及其他行星不断地被来自太阳的光子撞击。甚至是漂浮在漆黑的太空中的一粒灰尘也不断受着宇宙大爆炸以来遍布于空间的低能微波光子的撞击。
因此,为了理解量子力学怎样解释真实世界中的事物——而不仅是原始的实验室中的实验——我们应把薛定谔方程应用到更加复杂、更为麻烦的情况中去。
从本质上来看,这就是泽尔所强调的,而他本人的工作以及其后的许多其他人的工作揭示了一些不寻常的事情。虽然光子和空气分子如此之小以至于对书、猫之类的大个物体不会产生什么实质性的影响,但它们会有别的作用。它们不断地“推动着”大物体的波函数,或者用物理术语讲,它们干扰着大个物体的干涉性:它们扰乱了波峰波谷的排列顺序。这一点很关键,因为波函数的有序性对于产生干涉效应是非常重要的(图4.2)。正如将标记装置添加到双缝实验后,由于扰乱了波函数,所以消除了干涉效应;环境中的成分持续不断地撞击物体也有消除干涉现象的可能性。反过来看,一旦量子干涉不再可能,量子力学所固有的概率性,从实际的角度看,就会像掷硬币或轮盘赌所固有的概率性一样。一旦环境的退相干性弄乱了波函数,量子概率的奇异性就会变成日常生活中我们所熟悉的概率。
这表明我们有可能解决量子测量之谜,而这将是大家期待见到的最激动人心的事。接下来我将首先要以最乐观的态度讲讲它,然后再强调还需要做哪些事。
假如一个孤立电子的波函数表明它有50%的概率在这儿,有50%的概率在那儿,则我们必须用量子力学发展成熟的奇异性质来诠释这些概率。由于两种情况皆可通过混合并生成干涉图样来展现自己,我们必须将两者视为同等真实。不那么严格地说,这就意味着电子处于两个位置。如果我们用非孤立的、日常大小的实验仪器来测量电子位置,将会发生什么呢?这个嘛,与电子不确定的位置相对应,测量仪器上的指针也会有50%的概率指向这个值,50%的概率指向另一个值。但由于退相干性,指针不会指向两个值的混合值。由于退相干性,我们可以从通常的、传统的、日常的意义上来诠释这些概率。就像一枚硬币有50%的概率正面朝上,有50%的概率反面朝上,但不能确定是正面朝上或反面朝上;测量仪器的指针有50%的概率指向这个值,有50%的概率指向另一个值,但会明确地指向一个值或另一个值。