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量子世界不再神秘

2021-03-29石无鱼

科学之谜 2021年1期
关键词:理论测量

石无鱼

量子世界充满了种种神秘,但最大的神秘已经被我们解开。

有人说,我们这个时代是祛魅的时代。过去,人们普遍迷信周围存在着魑魅魍魉、山精水怪,害怕它们会时不时出来作祟。如今,这些迷信都被科学扫荡干净。“祛魅”就是使大自然变得不再神秘的意思。

可是,说来也够怪的,正当我们对身边的大自然(即宏观世界)祛魅之时,在由原子和基本粒子组成的微观世界里,正神秘地发生着种种令人匪夷所思的事情,仿佛那里成了鬼魅们藏身的最后一块地盘。

鬼魅般的量子世界

从某种意义上说,微观世界的粒子表现得比鬼魅还神秘。你瞧:它时而是粒子,时而是波,玩着种种变形记;它在同一时刻,既可以在这里,又可以在那里,仿佛有分身术(这种同一时刻集多种可能性于一身的现象,叫叠加态)……总之,完全不像我们熟悉的事物。我们平常说的“现实”指的是一切事物都确定、有规律可循的世界,而这些粒子表现出来的却是完全不确定,所以可以说它并非存在于现实之中。它好像存在于一团模糊的“云”中,但“云深不知处”。

什么时候粒子的“身份”“位置”等属性才能确定下来呢?答案是,测量的时候。测量是宏观世界和微观世界的“交锋”。既然在宏观世界,一切都是确定的,那么每一次测量,粒子也必须给我们一个毫不含糊的交代:有就是有(意味着它在这里),没有就是没有(意味着它不在这里)。换句话说,它必须选定一种确定的方式呈现。但吊诡的是,尽管测量条件完全相同,每次的测量结果却可能都不一样,就好像投硬币,虽然每一次落地结果是确定的(不是正面就是反面朝上),但正反却是我们无法预料的。

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