※ 引述《ga86041 (ga86041)》之铭言:
: 大家好早安好
: 如题像骇客任务所演
: 世界或许只是一串编码
: 而再完美的coder也难免有疏漏
: 不小心被人类抓到波粒二象性
: 这个完全不合常理的
: 存在在狭缝之中的小小bug
: 造物主是不是吓得瑟瑟发抖
: 造物主会回来修吗??
: 有没有这方面的八卦
不是bug,简单来说是观察世界的角度不同,就像盐巴我用眼睛观察是白色结晶,用味蕾
观察他是咸的,完全不相干的两件事,就是"测量"的不同。
研究量子除了需要智商,更需要情商,下面我很粗略地说一下这方面的卦。
首先千万不要用"常识"来研究量子,因为微观跟巨观的世界差太多了,存在着太多反直觉
的现象,要用数学当作"眼睛"来探索量子的世界,我尽量说的简单一点,所以有一些术语
会不精准请见谅,说得太专业怕有人看不懂。
大家以为当初薛丁格杀猫咪是想帮助大家理解量子世界吗?
不对,这是他对量子的放弃! 他认为这是无序、荒谬的存在,他是在抗议! 后来的世界对
量子理论逐渐完善,因此我们正慢慢被"说服"当中。
今天的文章是渐进式的难度,不懂的乡民们可以看30%长度就已经很厉害的,内行的乡民
大神们也请不要鞭的太大力,小弟程度不好只能这样表达。
首先要理解波粒二象性,你要理解三件事情。
1.粒子的行为: 一只动物再怎么乱跑,也只能同时出现在"一个"地方,够好理解吧!?
2.理解波的行为: 拿石头丢到水里,水波荡漾到每个地方。
3.如果性质交换会怎样? 发射一枚子弹,子弹的形式从粒子变成波,所以在场的每个人都
死了,像荡漾的水波那样攻击。 在房间里喊话,声波从波变成粒子,所以只有一个人能
听到,
理解这三件事情,会发现宏观的世界要嘛是粒子,要嘛是波动,没有任何混淆。
实验一:
理科生都很熟的双狭缝干涉,在"同一个"物体上,波跟粒子竟然有高度的相似!
每发射一颗电子,电子就会落在一个位置,这是粒子性。
https://imgur.com/kn7l2vN
那如果重复很多次实验呢?
https://imgur.com/ZVmTs99
电子落点的结果发生了干涉,这是波动性。
https://imgur.com/te77qRr
挡住其中一个狭缝,变成单狭缝,波动性就消失了。
https://imgur.com/z81kvRL
如果电子只是"随机"通过两个狭缝的其中一个,那应该会有"两坨"电子,然而事实不是这
样的,我们看见了干涉,所以一个电子在双缝干涉试验中,并不是通过了其中的一条缝,
而是同时通过了两条缝,并且和"自己"发生了干涉。但是最终还是只能落在一个点上表示
粒子性,落下的位置是由"机率"决定的。落点的机率符合波的数学形式。
https://imgur.com/NpR2Bes
看到这是不是有人开始抓头了? 所以到底为何又是粒子又是波????? 三小???
这时候你要放弃"常识",放弃"连续性"! 我举个例子。
你现在看到一个肥宅,对,是肥宅,你下一眼再看他,也是一个肥宅,因为我们巨观的世
界是"连续性"的。
然而,微观的世界不是连续性的。
你现在观测一颗电子,对,是电子,你下一眼再看他,也是一颗电子,在中间你没有看到
他的时候,他是一个"波函数"的形式,随着人们的观测,他会塌缩成一颗粒子被我们看到
,所以,电子的本质是一个量子场,随着测量,会从一个场中"召唤"出一颗电子。
https://imgur.com/CkQwBWm
这样就有着最初步的认识了,那"观测"这个行为就这么神奇吗? 能改变这个世界吗? 我们
往下看下一个实验。
实验二:量子擦除
这次不用电子,用光子,更屌。
因为光子有偏振性,简单说就是上一个实验的3D高清版。
但是要先补充一下量子纠缠的知识,懂得人可以跳过本段。总之就是处于量子态的一对粒
子,知道其中一个的性质,那另一个也不必测量你也可以知道他的性质,这就是纠缠态。
你穿着一双袜子,你观测一只脚的袜子,另一只脚的袜子波函数状态就会"塌缩",不必观
测你也能知道那是只什么样的袜子。
试验中,光子的偏振性有四种:水平、垂直、顺时针、逆时针。
https://imgur.com/ViRaqrq
这是四分之一波长的3D眼镜。
垂直的通过红色片变成了顺时针,水平的通过红色片变成了逆时针;绿色功能相反。
https://imgur.com/3SJTIUd
光子发射枪要发射了! 它通过一种叫做下转换(down-conversion)的方式,一次发射两
颗处于纠缠态的光子,光子A进入我的探测光子偏振性的探测仪,假如说叫做M1,光子B进
入双缝干涉试验装备,最终落到挡板上,挡板后面有个偏振性探测仪,假如叫M2。
https://imgur.com/3Rdn3kB
我们会发现,戴上偏振片之后,偏振性改变了,波动性结果却不会改变。
由于两颗粒子是处于纠缠态的,他们其实一个是水平一个是垂直,光子B通过偏振片了,
光子A也会跟着改变,所以测量A,我们就能知道B"究竟"是通过哪个狭缝,惊人的结果
出现了,观测A,干涉结果会消失,双狭缝后的形状会变成"两坨"光子,而不观测A,干涉
却又出现了! 就跟实验一的结果一模一样!!!
这个实验说明了"观察者效应",M1从头到尾没有参与实验,就只是一颗跟B纠缠的光子而
已,他就是一个冰冷、没有感情、没有意识的观察者,却会对世界产生影响。
再往下看吧,越往下月复杂,上面没有厘清,可以写信给我,没看懂千万别往下看,会看
不懂的,下面的结果我每次看都觉得很震惊。
实验三:延时量子擦除:
简单说,这颠覆了我们对"因果"的概念。
https://imgur.com/0wsINRi
实验大概是这样的,一道雷射光通过双狭缝,打到BBO上,形成了"两对"纠缠态光子,
红色的光路表示光子通过了上面一道缝(缝A),蓝色的光路代表光子通过了下面一道缝
(缝B)。
D0的角色是上一个试验中最后观测挡板的角色,D1~D4是感光元件,图中的光路,从BBO
到D1 D2 D3 D4距离是一样的,是BBO到D0的两倍。
如果没有D1~D4,我们就没办法知道是通过红色还是蓝色路径到达D0,D0处会有干涉条纹
BSa,BSb,BSc是三面半银透镜,它有50%的机率使得光子透过,50%的记录使得光子反射
红色路径上的纠缠伙伴,50%击中D4,击中D1 D2机率各25%
蓝色路径上的纠缠伙伴,50%击中D3,击中D1 D2机率各25%
第一种情况,如果D4感光,我们就可以知道红色纠缠伙伴击中D0,如果是D3感光,也很清
楚知道是蓝色纠缠伙伴击中D0。如此设计实验,我们就可以知道D0上的光子是通过哪条缝
而来的,呵呵,准备被我识破吧,光子。
结果D0上的干涉条纹退化了...............
结果D0上的干涉条纹退化了...............
结果D0上的干涉条纹退化了...............
变成两坨光子,操。
第二种情况,如果是D1 or D2感光,我们就永远不可能知道D0的光到底是哪一条,这个时
后,干涉条纹恢复了............
最震惊的地方是
所有的感应,都是在D0之后发生的...............
光子仿佛预知了未来,决定自己是否要塌缩,不管是谁来观测,一观测,结果就不会出现
,这在哲学界激起了广泛的讨论,两三年前读到这边的时候(我刚大学毕业准备念博班),
很多科学家说这根本是神迹,凡人不可理解的,希望未来五年phD生涯我不会被逼疯哈哈
,虽然我也不是专门研究这个就是。
接下来讲八卦点:
这个实验结果,最开心的是宗教界,他们一直拿这个证明上帝的存在,说不定以后可以通
过这种"对世界的未卜先知",来断定这个世界究竟是已知,还是未知的呢?
最后一个实验的相位图,把他们叠加起来,刚好就是塌缩的结果...........不知道有没
有一个优雅的数学证明,可以说明究竟是因为差了半个相位才有这种结果,还是因为这种
结果,才导致什么测量都差了半个相位?
实验三让很多科学家绝望了,如果世界上所有的粒子都可以用波函数来描述,那么,过去
与未来是不是仅仅是一对纠缠态? 根本是注定好、相同的东西呢?
如果过去与未来只是一对纠缠态,我们对现在实施一个"有效"的干涉,过去是不是会改变
呢?
When faced with competing hypotheses,select the one that makes the fewest
assumptions.Do not multiply entities without necessity.
面对相悖的两种假说,选择所需要假设最少的哪一个;如无必要,勿增实体
最后几个问题很多是科学家们的提问,有些是我的想法,我不知道答案,也没有人知道,
或许人类只是过分的狂妄自大,想要理解这个无序的世界罢了。