-
UID: 1627269 
-
- 注册时间2012-09-03
- 最后登录2024-11-25
- 在线时间31987小时
-
- 发帖281402
- 搜Ta的帖子
- 精华2
- 金币58457
- 道行36950
- 原创106
- 奖券39
- 斑龄0
- 道券0
- 获奖0
-
访问TA的空间加好友用道具
UID: 1627269
- 发帖
- 281402
- 金币
- 58457
- 道行
- 36950
- 原创
- 106
- 奖券
- 39
- 斑龄
- 0
- 道券
- 0
- 获奖
- 0
- 座驾
-
- 设备
-
- 摄影级
-
在线时间: 31987(小时)
注册时间: 2012-09-03
最后登录: 2024-11-25
|
—
本帖被 xgch 执行加亮操作(2023-10-24)
—
对于电子双缝干涉实验，其实我之前的科普中不止一次与大家分享过，有兴趣的伙伴可以查看一下之前的科普文。所以，对于实验的具体过程我就不再详述了，今天换一种角度来解决这个实验，不再分析实验本身，而是试着分析实验结果可能会带给我们哪些思考。这里强调一下，这些思考更多是基于现有物理理论进行的“设想”，但并不是天马行空的“设想”。读完这篇文章之后，你可能感觉不像是科普文，但也谈不上科幻，或者两者兼有吧。下面正式开始。电子双缝干涉实验其实可以分为好几个版本，科学家们对实验本身不断升级，试图弄清楚实验过程那些诡异现象到底怎么回事，但直到目前也没有一个定论。之所以电子双缝干涉实验很恐怖，并不是实验本身让人感到恐怖，而是实验结果很可能引发我们对世界本质的深入思考，有可能让人类触摸到“时间本质”，“时空穿梭”甚至“宇宙真相”的钥匙，完全颠覆我们的宇宙观和世界观。尤其是延迟选择实验，可能让我们窥探到了造物主的“阴谋”。为什么这么讲？在实验当中，当我们不观测电子时，电子就表现为无处不在的波动状态，能同时出现在任何不同的地方，我们看到的是模糊的世界。而一旦我们实施了观测，电子的这种波动性就会发生坍缩，瞬间变成了粒子性，只能出现在某个地方，我们又观测到了确定的世界。这难道不比魔法更魔法吗？而由此引发的一系列连锁反应才是让我们感到最恐怖的地方。第一，宏观物体也存在这种模糊的“叠加态”？某种程度上，电子和光子等微观粒子具有模糊不定的叠加态，尚且可以让人接受，毕竟电子和光子都属于微观粒子，而叠加态也是微观世界的特性。但你有没有想过，所谓的微观与宏观其实并没有明确的分界线，一个粒子多大算微观，多大又算宏观呢？这种问题并不能一刀切，就像小孩与大人同样没有明确的分界线一样，说白了，小孩到成长到大人的过程是一个量变引起质变的过程，而微观到宏观同样如此。这意味着，理论上讲，我们的宏观世界也一定会存在微观粒子的那种“叠加态”，也就是不确定的模糊状态。我们的每一秒，每一分钟，每一天，其实都是包含了无穷多个可能性的叠加状态，但是由于我们的世界到处充满了观测行为，这也导致宏观世界的叠加态瞬间就会坍缩为唯一的确定结果。言外之意，我们的宏观世界里，不可能直观感受到叠加态。但是，理论上讲，宏观世界的未来的确是一个拥有无限可能的“混沌”模糊状态，而恰恰是因为人们（不仅仅是人类，还有其他任何物种）的观测行为，模糊的混沌状态不断坍缩为唯一的确定状态，也就是我们每天看到客观存在的唯一状态。说白了，任何时刻，我们都会有无穷多个选择，这些无穷多的选择就相当于模糊状态的“叠加态”，而当我们做出选择的的时候，叠加态就会瞬间坍缩为唯一的确定状态，也就是说我们只能有一种选择。这就相当于我们每时每刻都会在拥有无穷多个岔口的路上，选择其中一个岔口。所以，某种意义上讲，不仅仅是微观粒子，宇宙万物都应该具有“叠加态”的模糊属性。第二，时空的不连续性很长时间以来，我们都认为物体是可以无限再分的，直到普朗克长度的出现，让我们明白时空并不能无限细分，存在最小的有意义的长度，也就是普朗克长度。任何小于普朗克长度的单位都没有意义。不仅仅是长度，时间也是不能无限细分的，存在最小的时间单位，普朗克时间。这意味着由时间和空间组成的时空结构其实是不连续的。我们每天感受到时间的流逝是连续的，平滑的，其实并不这样的。时间是跳跃着前进的，从一个普朗克时间跳跃到下一个普朗克时间，只是由于普朗克时间太短了，所以我们并不能直观感受到这种断断续续的跳跃。普朗克时间与普朗克空间息息相关，普朗克时间等于光在真空中飞行普朗克长度所用的时间。时空的这种不连续性也意味着时空结构不是光滑的整体，是由近乎无限多个不可分割的极小部分组成的整体。举个通俗的例子，普朗克时间和普朗克长度的存在，就像我们看电视那样，电影看起来是连续的平滑状态，事实上画面并不是连续的，而是由每秒播放固定的帧数的固定照片组成的，理论上帧数越高，电影看起来越丝滑连续。比如说帧数是48，就相当于电影这个虚拟的世界里最小的时间刻度是48分之一秒。如果人眼能在一秒钟的分辨能力达到48次，就会看到原本平滑连续的电影画面变成一张张静止的照片。而相邻的图片之间完全是漆黑一片，相当于我们通常所说的虚无或者混沌状态。这种状态就相当于我们现实世界的两个相邻的普朗克时间之间的状态，虚无或者混沌，没有任何意义。同样地，我们的现实空间和运动也可以这样理解，由于普朗克长度的存在，我们看到的物体的连续运动，其实也是跳跃着在运动，至于跳跃的过程到底发生了什么，我们无论如何都不可能知晓，起码目前还不知道，因为两个相邻的普朗克长度之间是没有意义的存在。第三，相对论。相对论包括狭义相对论和广义相对论，先来聊一下狭义相对论。狭义相对论的一个重要前提就是光速不变，说白了，光速与其他任何速度叠加之后仍旧是光速。按照经典物理中的速度叠加，举个例子，你在一列高速行驶的火车上打开手电筒，我静止在地面上。在我眼里手电筒发出的光的速度应该等于火车的速度加上光速，结果就是大于光速，这就违反了光速不变原理，出现了悖论。为了不让悖论存在，火车上的时间就必然要慢一些，这样才能保证手电筒发出的光的速度恒定保持光速不变。于是狭义相对论就有了这样的结论：速度越快，时间就越慢。用电影中换帧的概念去理解就是，速度越快的物体，“换帧”的速度就会越慢。这就意味着，时间其实是相对的，每个人感受到的一秒其实是不一样的，你的一秒有可能相当于我的一年，前提是你的速度必须足够快，足够接近光速。但是，就每个人的自身感受来讲，每个人对一秒的感受都是一样的，说白了，每个人经历的一秒，总的“换帧数”是一样的。还拿电影里面的画面举例说明。无论是快进还是慢放，电影画面里的人都是感觉不到的。假设电影里的人有意识，我们录下这个人一秒钟的某个视频动作，把这个一秒钟的动作分别做两种播放形式：正常播放，慢放10倍播放。这两种情况下，视频中的人都只会感觉过了一秒。在没有任何其他参照系的情况下，任何人对一秒的感受都是一样的，因为这一秒时间里，“换帧数”都是固定的，都是以一秒除以普朗克时间。也就是说，不管你乘坐的飞船速度多快，有多接近光速，只要你不离开飞船，你在飞船上的一生与你在地球上的一生并没有什么不同，理论上在你的一生时间里，地球时间可能过去了几百万年，人类可能走到了世界末日，但你并不知道这些，即便是你知道，对于你来讲其实也没有多大的意义。为什么？因为你不离开飞船，永远无法回到地球上。理论上你可能会看到地球时间在飞速前进，时间变得很快，对于你来讲，就像在以10倍的速度快进电影，但地球上的人并不会感觉时间真的在快进，你也无法亲身感受地球上时间的“快进”！而实际上，地球上的每个人其实都生活在别人的过去或者未来，只是这个过去或未来非常有限罢了，我们根本感觉不到。要想感觉到，有两种方式。一，以亚光速飞行一段时间，然后返回地球。二，在很强的引力场附近待上一段，然后返回地球。这两种方式都可以导致时间变慢，等你重返地球，会发现地球时间已经过去了几年，几十年甚至更长，相当于你穿越到了地球的未来。这个道理相信很多人都明白，而我们也可以换一种更为激进的方式来理解，这种方式就是上面所讲的“宇宙换帧”。两个相邻的普朗克时间的跳跃，可以通俗理解为“宇宙换帧”，而当你的速度无限接近光速，意味着你的一个普朗克时间要比静止物体的普朗克时间更长，理论上甚至可以无限长，意味着你已经不能进行“宇宙换帧”了。而你处于宏观上“量子叠加态”，又是观测者，时间本应该随着“普朗克时间”而无穷分裂，分裂出无穷多个平行宇宙空间，每次“换帧”其实都应该包含平行宇宙的分裂。而如今随着你速度无限接近光速，“宇宙换帧”停止了，意味着无穷个可能性和开始全部叠加在同一个时空中，于是就有了无穷大的质量！这也是为什么速度越快，质量就越大。很多人会有这样的疑问：光速飞行，质量无穷大，无穷大的质量最后不都会塌陷成为黑洞了吗？既然这样，意味着利用速度进行时空旅行就是不可能性，这不就出现悖论了吗？其实并不会发生这样的事，具体怎么回事呢？如果你想以光速飞行，还有以下两种可能性。第一，你变成没有静质量的存在，也就是像光一样的波。第二，你成为“玻色-爱因斯坦凝聚态”。这种什么状态呢？这种状态指的是，在逼近绝对零度的环境里，物质的所有粒子都静止或者同步运动。此时的粒子已经不再具备“量子叠加态”性质，自然也不会产生任何分裂。早在20世纪末，美国科学家就创造出玻色-爱因斯坦凝聚态。在非常接近绝对零度的环境里，绝大多数金属原子都会以相同的量子态存在。理想情况下，如果你还有意识，完全可以在粒子加速器中把你加速到光速前往未来，在整个过程中也不会有量子叠加出现。而第二种方式更容易实现。而广义相对论的核心是“时空扭曲”，而质量和能量都可以扭曲时空，质量越大对时空的扭曲程度越高。根据膜宇宙理论，我们的宇宙其实就是一张“3D膜”，也就是膜世界。还有很多其他的膜世界，而所有的物质都被束缚在一张膜上，一张膜就是整个宇宙。膜宇宙的概念源于弦理论，这里就不再展开了。为什么黑洞没有任何时间概念，因为时间和空间是一体的，说白了是某个空间跳跃到其他空间产生的。而由于黑洞能无限拉伸时空结构，甚至能拉伸到直接通向另一个膜宇宙。而两个膜宇宙之间的距离实际上就相当于一个“普朗克长度”，黑洞到达其他膜宇宙才相当于“换帧”，所以黑洞相对于宇宙其他地方，根本不会有时间变化，是永恒的存在。同时也意味着，穿越黑洞，理论上也等同于穿越到另一个宇宙。还有一个问题，上帝真的掷骰子吗？还是先拿看电影举例说明。我们看的每一部电影，每一帧画面其实都是固定的，不管看多少遍，都是如此。现在，假设某一天人类科技足够发达，拍摄的电影作品的每一帧画面可以做到不是固定的，可以通过计算机进行模拟，根据上一帧的内容，模拟出所有的可能性，也就是“量子叠加态”，这就意味着电影的下一帧可以有无穷多个可能性。所以，在观看这样的电影时，我们只能确切知道已经看过的电影画面剧情。假设视频是48帧的，对于48分之一秒后的内容，我们根本不知道。再联想到电子双缝干涉延迟选择实验，就相当于人类明明已经知道了宇宙的下一帧确实存在无数个可能性，也就是“量子叠加态”，为什么当我们观测时，无数个可能性瞬间就会坍缩为唯一的确定画面呢？到底是谁在背后替我们做出了这样的选择呢？在这48分之一秒的时间里到底发生了什么？接下来，让我们从电影世界回到现实世界，回到电子双缝干涉实验的过程在我们即将观测的瞬间，让时间暂停，也就是暂停到电子即将通过双缝之前的那一帧画面。这时候，不仅仅是电子本身，整个宇宙所有能够观测到的事物，其实都处于马上激发的“量子叠加态”。此时我们按下“播放键”，一瞬间电子的画面就黑屏了，然后画面马上换到了下一帧，我们就观测到了电子通过了双缝中的某一条狭缝，紧接着电子又会处于一种马上被激发的“量子叠加态”，等到拥有无限可能的“下一帧”的到来。我们可以这样理解整个过程，所谓的观测，本质上就是宇宙从“混沌”分裂到无穷多个“确定”状态的过程。电子在没有被观测之前产生的干涉效应，其实来自于与电子叠加在一起的粒子在无数其他宇宙中的“影子粒子”带来的影响。一旦我们实施了观测，叠加在一起的宇宙就会从“混沌”状态分裂成为“确定”状态，粒子自然也进入了不同的宇宙空间，而不同宇宙中的粒子当然不会产生干涉现象。如果我们不观测，粒子又会在一个普朗克时间之后重新变成“混沌”状态。而宇宙的本质或许就像每一帧都处于“量子叠加态”的画面，每一个画面都是只能持续一个普朗克时间的现在。而所谓的未来，很可能本就不存在，未来只是现在不断分裂导致的结果。这就意味着，每个人都只能拥有过去和现在，但从不会拥有未来。或者说，就是因为我们拥有了现在，所以也就拥有了无限多的可能性，这里的可能性就是未来。到这里就差不多了。看完了，或许很多人仍旧是“云里雾里”，其实很多时候我也是这种感觉，毕竟量子力学的诡异性不是一篇文章就能诠释清楚的。一百多年过去了，至今也没有任何人能读懂量子力学，所以，“云里雾里”就对了。如果你声称自己“真的读懂了量子力学”，那恰恰说明你根本不知道量子力学到底讲了些什么。而我今天科普的目的并不是想灌输给大家任何思想，更多的只是在现有物理理论的基础上个人进行的一些思考，能带给大家不一样的东西。如果你觉得有什么地方不合理，不严谨，欢迎积极留言互动，大家一起探讨，这才是科学和科普应有的样子！
|
