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量子力學到底是科學還是偽科學呢?

導讀舉個簡單的例子,假設有一個小球首先位于位置A,然后迅速移動到位置B停留片刻,再迅速返回位置A停留片刻,如此循環。給人的感覺就是小球同時處于A和B兩個位置。但實際上,小球在每個時刻都只位于一個位置,只是移動速度非常快,給人一種疊加的錯覺。這就是所謂的看似疊加態。然而,微觀粒子的疊加態是真正的疊加態。這意味著如果微觀粒子同時處于A和B兩個位置,那么它就真的同時處于這兩個位置,并不是因為移動速度快而看起來像疊加態。因此,理解疊加態的含義是理解量子力學為何會被質疑為偽科學的關鍵。

首先,我們需要明確“量子力學是偽科學”的觀點從何而來。這一觀點主要源于量子力學中的一個概念——疊加態。疊加態指的是一個微觀粒子可以同時處于兩個不同的狀態,比如同時位于位置A和B,同時具有兩種不同的速度。這里需要區分兩個概念:看似疊加態和真正的疊加態。舉個簡單的例子,假設有一個小球首先位于位置A,然后迅速移動到位置B停留片刻,再迅速返回位置A停留片刻,如此循環。給人的感覺就是小球同時處于A和B兩個位置。但實際上,小球在每個時刻都只位于一個位置,只是移動速度非常快,給人一種疊加的錯覺。這就是所謂的看似疊加態。然而,微觀粒子的疊加態是真正的疊加態。這意味著如果微觀粒子同時處于A和B兩個位置,那么它就真的同時處于這兩個位置,并不是因為移動速度快而看起來像疊加態。因此,理解疊加態的含義是理解量子力學為何會被質疑為偽科學的關鍵。的確,一個微觀粒子同時處于A和B兩個位置的想法非常令人震驚,與我們的直覺和常識相悖。但科學理論需要通過實驗來驗證。為了證明微觀粒子的疊加態不是因為看起來像疊加,而是真正的疊加態,科學家們進行了許多實驗,最終發現“貝爾不等式在微觀世界不成立”,從而證明了疊加態的真實存在。(關于貝爾不等式的問題,之前的文章中有詳細解釋,不清楚的朋友可以查閱。)微觀粒子的疊加態最直接的例子就是“薛定諤的貓”思想實驗。這個實驗非常著名,但大多數讀者對其存在誤解。實驗本身很簡單,將一只貓放入一個不透明的箱子中,箱子內有關放射性鐳元素、錘子、毒瓶等設備。如果鐳衰變,則會激發錘子打碎毒瓶,貓就會死亡。如果鐳不衰變,貓就會活著。實驗的因果鏈很清晰。但難點在于當你打開箱子觀察貓是生是死時,你會發現貓要么生要么死,生和死必然有一個結果是正確的,即兩者必居其一。但問題的關鍵在于,當你打開箱子發現貓死了,那么貓是什么時候死的呢?是什么原因導致了貓的死亡?按照我們的常識來解釋,貓在你打開箱子前的一段時間內就已經死了,原因是鐳元素衰變。但這個常識性的解釋是完全錯誤的。因為鐳元素的衰變與否是微觀世界的問題,也就是說鐳元素可以處于“衰變”和“未衰變”的疊加態。這里的疊加態是真正的疊加態,而不是看起來像疊加態。因此,鐳元素的疊加態導致毒瓶處于“未打破”和“已打破”的疊加態,貓也就處于“生”和“死”的疊加態。當你打開箱子的一瞬間,你就打破了貓的這種“生死疊加態”,迫使貓選擇其中一個結果,比如你打開箱子發現貓死了,實際上貓在你打開箱子前一直處于“生死疊加態”,正是你打開箱子的行為導致了貓的死亡。開箱前貓一直處于疊加態,貓并未死亡。通過這個分析,我們就明白了量子力學的疊加態是導致許多人不接受量子力學理論的主要原因。因為疊加態會帶來很多麻煩,非常違反我們的常識和直覺。也許有人會問,如果開箱發現貓活著,又該如何解釋呢?答案很簡單,因為開箱前貓一直處于生死疊加態,你打開箱子的行為讓貓被迫選擇了一個好的結果“生”。如果你不能接受量子力學的疊加態,那么你永遠無法真正理解量子力學在講什么。疊加態的確很反常識和直覺,但請記住,我們人類的直覺和常識是在宏觀世界建立的,我們無法直接感受到微觀世界。而量子力學正是研究微觀世界的運行法則,因此微觀世界的法則與我們的宏觀世界直覺相違背,也是很正常的。

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