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詭異的量子世界,觀測行為何會導致坍縮?


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更新日期:2022529
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引用著名物理學家費曼曾經說過的一句話:沒有人真正懂得量子力學!或許這句話就是最直接的答案。

但顯然這樣的答案並不能讓人滿意,不滿意的原因不是說非得弄懂量子力學,而是即使弄不懂,我們也要知道為什麼弄不懂。

那麼,就讓我們一起來看一下,在詭異的量子世界人們的觀測行為是如何導致坍縮的,也就是說,人們的觀測行為是如何影響結果的。

量子世界(微觀世界)與我們每天所見的宏觀世界有很大不同,那裏的一切都是模糊的,用專業術語來講,都處於“疊加態”,我們絕不可能同時確定一個粒子的速度和位置。而在宏觀世界,確定一個物體的速度和位置則非常簡單。

那麼,該如何描述量子世界的粒子行為呢?簡單三個字:波函數,用波函數的形式去描述一個粒子的運動狀態。

當我們試圖觀測微觀粒子的行為時,粒子的“波函數”就會坍縮成為確定狀態。通俗來講,在我們沒有觀測之前,微觀粒子可能在任何地方,或者說無處不在,但在我們觀測的一瞬間,粒子就只會在一個位置。

那麼,觀測行為為何會讓微觀粒子坍縮成確定狀態呢?

很多科普文章會給出這樣的解釋。觀測行為通常會乾擾到微觀粒子,影響粒子的運動狀態,畢竟我們只有通過粒子反射的光才能觀測到微觀粒子。這種解釋比較容易理解,但事實上這種解釋仍舊被束縛在經典思維中,是不嚴謹的。

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如果人們的觀測行為影響了微觀粒子的運動狀態,這說明觀測行為發生之前粒子已經有某種確定狀態存在了,就不是所謂的“疊加態”了。同時,著名的貝爾實驗也給我們提示,量子世界不會存在一個確定狀態。

很顯然,觀測行為影響微觀粒子運動狀態是不成立的。

在量子世界裏,所謂的“觀測”,“坍縮”都是基本的原生概念。在現有的量子力學理論體系下,“坍縮”是不可能改變的。說白了,所謂的“坍縮”就是一個公設,一個公理,一個最基本的前提。就像狹義相對論中的“光速不變原理”那樣,是一個基本假設。

所謂公理,無所謂“為什麼”,我們要做的只有:承認或者不承認。

你肯定會說:這也太霸道了,不讓問為什麼,只有承認或者不承認!但事實就是這樣,任何科學理論都是這樣的,包括相對論和牛頓經典力學都不例外。

但我這樣說你肯定不滿意,那麼接下來就盡量解釋一下為何會這樣。

在我們進行觀測行為時,其實就相當於把整體系統(微觀粒子,還有我們的眼睛或者觀測儀器)強行分割開來,分割成粒子和我們的眼睛兩個單獨的系統,這樣的話所謂的疊加態就失去了意義。

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也就是說,所謂的觀測並不是說觀測行為乾擾了微觀粒子,而是觀測行為與系統發生了糾纏,然後就不會再有單獨的定義。

任何物理實驗過程和現象都是客觀的,但人類描述實驗的方式方法和邏輯關系卻是主觀的。

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所以說,“波函數為何坍縮(或者說觀測行為為何會導致坍縮)”這個問題其實沒有實際意義,因為波函數其實並不能在實驗中直接觀測到。正如前面所說,波函數只是人類根據實驗過程進行的主觀設定。

之所以波函數的概念被廣泛接受,原因很簡單, 因為波函數理論可以進行預測,與實驗結果非常吻合,科學家當然樂於接受這樣的設定,正如狹義相對路中的“光速不變原理”這個設定一樣。

至於說為何實驗會得出來如此結果,就沒有人知道了,起碼目前我們很難知道,只有去問上蒼了。

其實反過來想想,為何我們會認為量子力學如此詭異?說白了,我們不可能生活在量子世界裏。如果一開始我們就生活在量子世界裏,肯定不會認為量子世界很詭異。為什麼我們會心平氣和地樂於接受牛頓的經典力學?很簡單,因為我們就生活在一個經典的世界裏。

任何科學理論都是建立在公設的基礎上,沒有公設就不可能有科學理論的出現。當然,任何公設(公理,假設)都不是拍腦袋想出來的,而是基於對客觀世界的觀察,通過大量實驗總結出來的。

作為一個基本前提,公設肯定是越少越好,因為假設的東西越多,出錯的幾率就會越高。說白了,公設就像一個定時炸彈一樣,隨時可能會引爆,顛覆整個物理學界,甚至推翻早已建立起來的物理學大廈。

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