量子力学到底讲述了什么？它为何如此让人难以理解？

发布者：馬儿部落 2023-6-30 19:18

或许你并不十分清楚到底什么是量子力学，但肯定听说过这个理论。那么，量子力学到底讲了些什么呢？它为何如此难以理解？

首先来说量子。

量子是现代物理学体系中非常重要的概念，如果一个物理量中存在不可分割的最小单元，就说明这个物理学是可量子化的，这个最小的单元就被称为量子。比如说，我们通常所说的光子，也就是光量子，因为光子是不可再分的最小单元。

量子力学，完全不同于我们现实生活中的经典物理学，甚至在很多方面完全有悖于我们的传统认知，比如说因果律。因果律统治着我们的现实世界，但在量子世界里，因果律完全失效，那里不再有因果关系，结果甚至能反过来影响原因。

连大名鼎鼎的爱因斯坦对量子力学也深感疑惑，让他最为不解的当属量子纠缠现象。爱因斯坦也把量子纠缠称为“鬼魅般的超距作用”。

下面就来一起了解量子力学到底是一个什么样的理论。

在现代物理学体系里，与量子力学对应的是经典物理学，不管是更早的牛顿经典力学，还是后来爱因斯坦的相对论，它们都属于经典物理学。

虽然爱因斯坦的相对论确实颠覆了很多人的传统认知，但它毕竟没有违反我们的直觉，只是因为我们很难在高速世界亲自体验罢了。

无论是牛顿经典力学还是爱因斯坦相对论都很好地描述了我们所在的宏观世界的运动规律，牛顿的经典力学只是相对论在低速世界里的特例和近似值而已，两者并不冲突，反而是一家的。

但是量子力学的横空出世，彻底颠覆了人们的世界观，甚至让人们开始怀疑人生，怀疑我们所在世界的真假，甚至怀疑我们是不是生活在虚拟世界里。

在我们生活的宏观世界里，光速是速度极限，没有任何物体的速度或者信息的传播速度能超过光速。

但是在量子世界里，两个纠缠态的粒子无论相距多远，都能瞬间感应到彼此的改变。一个粒子状态改变之后，另一个粒子瞬间就会做出相应改变，就好像两者有心灵感应一样。

量子纠缠的速度远超光速，是瞬间完成的。不过量子纠缠并不传递任何信息，也没有违反爱因斯坦的相对论。

纠缠中的粒子在相互作用之后，就没有办法描述单个粒子的特性，只能描述出整体的特性。

如果说量子纠缠现象不够疯狂的话，量子世界里的不确定性绝对让你彻底疯狂。

在我们的现实世界里，一切事物都是确定的，可以描述的，也是可以预测的。比如说，一辆汽车停在路边，它就在那里，汽车的状态是非常确定的，汽车不可能跑到超市里，更不可能跑到月球上。

但在量子世界里，一切都大为不同。我们永远无法同时确定微观粒子的位置和速度，粒子的状态是不确定的，它们甚至有可能同时出现在两个不同的地方，处于一种叠加态。

这种不确定性并不是因为我们的观测手段落后造成的，而是量子世界的内在秉性。

用宏观世界来打比方或许能让你更容易理解不确定性到底有多疯狂。此刻的你坐在家里的沙发上正在阅读这篇文章，但你也可能在月球上，或者其他任何地方。

如果我想知道你到底在哪里，只能通过一种方式：观测。当我观测到你在沙发上时，才能最终弄确定你真的就在那里，而在观测之前，你有可能在任何地方。

对于微观粒子的这种不确定性和叠加态，以爱因斯坦和薛定谔为首的物理学大佬极力反对，薛定谔更是提出了思想实验“薛定谔的猫”来反驳讽刺这种不确定性。

薛定谔的猫，实验很简单。一个密封的箱子，里面有一只猫，一个毒气瓶，开关，和放射性元素。

放射性元素通过衰变与否控制开关，开关一旦打开，毒气瓶就会释放毒气，把猫毒死。

根据量子力学的诠释，放射性元素处于衰变与不衰变的叠加态。也就是说，放射性元素同时处于衰变与不衰变的叠加状态，而不是“衰变或者不衰变”。

最后我们就能推算出来这样的结果：猫处于活与死的叠加态，也就是存在一只既死又活的猫。

而如果我们想知道“既死又活”的猫到底长什么样时，只有通过观测。而一旦实施观测行为，放射性元素的叠加态就会坍缩为确定态，要么衰变，要么不衰变。于是我们看到的猫要么是死的，要么是活的。

但在观测之前，猫就是“既死又活”的。这怎么可能？现实世界中怎么可能存在一只“既死又活”的猫呢？

薛定谔一开始用这思想实验只是想讽刺量子力学中的叠加态，没想到这个实验在很大程度上推广了量子力学的发展，同时还延伸出了其他理论，比如说平行宇宙理论，当然也带来一些哲学上的争议。

虽然至今没有谁能完全弄明白量子力学的本质，但不可否认的是，经过一百多年的发展，量子力学早已出现在我们生活中的每个角落。量子力学早就应用在晶体管，半导体，芯片，超导磁体，量子计算等领域！

相对论 埃尔温·薛定谔 阿尔伯特·爱因斯坦 三星伴月天象即将上演 物理 量子计算理论

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