微觀世界:不確定性、波粒二象性、量子糾纏與觀測的本質

微觀世界:不確定性、波粒二象性、量子糾纏與觀測的本質

本文全面詳細介紹了量子力學領域,幾個著名的概念、現象和實驗。

主題包括了:不確定性原理、波粒二象性、量子糾纏、超光速信息傳遞、雙縫干涉實驗、光子延遲實驗、量子擦除實驗,以及實驗解析和觀測的本質,等方面的內容。

微觀世界,與我們生活的宏觀世界大相徑庭,令人難以理解,甚至匪夷所思。本文對於科學已知的內容,儘量做到客觀解讀,對於科學還無法解釋的現象,進行了多方視角的論述。

希望本文可以呈現出,微觀世界的深刻與有趣,引發更多的思考和想象。

對於任何觀點和論述,我們都應該保持一份獨立思考和求證心理,不應輕信盲從。

不確定性原理

海森堡不確定性原理指出,無法同時精確的獲得粒子的位置動量。用公式來表達就是:∆x * ∆P ≥ h / 4π ——其中∆x是位置變化量(粒子位置的不確定性),∆P是動量變化量(粒子速度的不確定性 * 粒子質量),h是普朗克常量。

這個公式的內涵就在於,位置變化動量變化的乘積是一個常數。這就意味著,位置變化與動量變化是此消彼長的關係——位置變化越小,動量變化就越大,動量變化越小,位置變化就越大。

顯然,變化區間越大就越不確定,變化區間越小自然就越確定。所以,體現出的就是位置和動量無法同時精確獲得,也就是:知道粒子的位置,就不知道它的速度,知道粒子的速度,就不知道它的位置。

事實上,與位置和速度相關的物理量,比如能量和時間、角動量和角度等共軛量,通過數學推導,也會得出同樣的結論:是無法同時精確獲得這些成對的共軛量的。

那麼,為什麼微觀的粒子,會呈現出這種不確定性呢?

來自海森堡的解釋是:不確定性是粒子內在的秉性,既波粒二象性,要測量粒子準確的位置就要波長儘量短,波長越短就越呈現非連續化的粒子特性,對被測粒子動量干擾就越大,而要測量準確的速度就要波長儘量長,波長越長被測粒子的位置就越不精確。

我們可以從兩個角度,來理解這個粒子的不確定性:

第一種,確定就需要觀測,而觀測本身會影響觀測結果,導致不確定。

事實上,這裡隱藏著一個基礎事實,就是信息的傳遞依賴於光。也就是說,無論使用什麼技術手段進行測量,我們想要獲得測量的信息,就必須使用光傳遞信息,而這也就是為什麼,信息的傳遞不能超越光速的原因所在

於是測量微觀粒子,我們就需要用光去照射它,然後捕獲這個被粒子散射的光,從而得到粒子相關的狀態信息。

那麼,如果要確定粒子的瞬時位置,就需要使用波長儘量短的光去照射,因為被測粒子的位置如果處在光波的波峰之間就得不到位置信息——相當於光線繞過了粒子,所以光的波長越短——幾乎走直線,獲得的位置信息就越精確。

但由於波粒二象性,此時光呈現粒子性,成為不連續的光子,並且波長越短,頻率就越高,能量也就越大。因此,高能量的光子撞擊到被測量的粒子上,就會干擾粒子的速度和運動方向——導致無法獲得其精確的速度信息。

雖然光的波長越短,測量位置越精確。但康普頓波長,被認為是測量粒子位置精確性的基本限制, 其大小取決於被測粒子的質量 。因為當光子能量高到一定程度(超過mc^2,m為被測粒子質量,光子能量由E = hv計算,其中h為普朗克常量,v為頻率),其撞擊所產生的能量可能還會足夠產生出一個,與被測粒子同類型的新粒子,這時就會讓舊粒子的原位置,這個測量問題變得沒意義。

那麼,如果要確定粒子的速度,顯然就需要光的波長儘可能的長,因為波長越長,頻率就越低,能量也就越小,此時光子對粒子速度和運動軌跡的影響也就越小。而速度等於距離除以時間,我們並不關心粒子的瞬時位置,只需要準確的距離信息。

所以,波長越長測量粒子的速度就越精確。但同時,粒子的瞬時位置就會因為波長更長,而變得更加不精確。

可見,這個不確定性,一個層面是來自於信息的傳遞依賴於光,另一個層面是光子與被測量粒子,它們之間產生了互相影響——這就導致了觀察結果包含了觀察行為的影響,而不是觀測前的狀態結果。

第二種,粒子的狀態呈現一種概率(由波函數描述),是粒子固有的秉性,其精確性受到了更為深刻和本質的限制。

這種觀點認為,在觀測之前,粒子的狀態就是不確定的,與測量無關。並且在測量之前,粒子的狀態可由波函數描述為一種概率分佈,而測量會讓波函數坍縮,代表著粒子狀態由不確定轉變為確定的原因和過程。

波函數,是量子力學中,定量描述微觀粒子狀態的函數(數學結構)。其代表的是粒子空間位置與動量的一種概率分佈,呈現了波動性,可以形象化成“電子雲”或是“概率雲”。在數學上,波函數是空間和時間的複函數,滿足薛定諤方程——處在具體微觀條件下,可由相應的薛定諤方程解出。而波函數所表示的波,也被稱為概率波機率波、德布羅意波物質波

當然,客觀上我們無法獲得測量之前的粒子狀態,所以你說在測量之前,粒子狀態是無法確定的,還是確定但無法獲得的,這又有什麼區別呢?

這就像,看不到就等於不存在,不知道就等於沒發生,測不到就等於不確定。或者就像說,沒有超光速的粒子,等同於有超光速但無法感知的粒子,黑洞裡沒有光,等同於光無法逃逸出黑洞一樣。

那麼,這個粒子固有的秉性,其實就是波粒二象性量子糾纏,接下來我們就深入展開來說說這兩種特性。


波粒二象性

一切微觀粒子(包括電子、質子、中子,光子,甚至某些原子和分子),都具有波粒二象性,這表明微觀粒子,既可以有連續的波動性,也可以有非連續的粒子性。

波動性,就是有波長和頻率(包括波峰、波谷、相位等),以及會發生干涉和衍射效應。粒子性,就是有非連續(離散)的運動狀態,比如任意時刻,有確定的空間位置和速度,而與其它粒子相互作用時,會表現出能量和動量的不連續性,並且不會發生干涉和衍射效應。

而波粒二象性是遵循互補原理的,即波動性與粒子性,在同一時刻是互斥的,不會在同一次測量中出現。所以,兩者在描述微觀粒子時就是互斥的——不會在實驗中產生衝突。

也就是說,如果試圖去觀測獲取粒子的粒子狀態,則就會讓粒子的波動性(干涉和衍射效應)消失。反之,如果粒子呈現了波動性(比如干涉效應),那麼這時候粒子的粒子狀態(位置和動量)就是不確定的。

事實上,波動性和粒子性是粒子不可分割的屬性,並且有著如下的關聯:

從宏觀角度來看,波的波長越長頻率越低,越呈現波動性,波的波長越短,頻率越高,越呈現粒子性;而從微觀角度來看,粒子的狀態由波函數描述,既可以表現出像波干涉和衍射一樣的疊加性,也可以以概率的形式表現出粒子的非連續性。

這裡需要注意的是,粒子波動性的疊加性,並不是像宏觀機械波那樣的,是介質振動的相互疊加。而是波函數所描述的概率的疊加,也就是粒子可能出現的位置和動量性質的概率疊加。

也正因為此,波粒二象性與不確定性,其實是等價的。可以說,正是因為粒子有了波動性,才會讓其呈現出了不確定性,並且觀測就會讓其波動性消失,轉變為粒子性的確定性。

甚至,我們可以認為,任何物質(包括宏觀)都有波動性,只不過波長越短——超級短,就無法呈現可觀測的波動性了,轉而表現出了粒子性。

最後,值得說明的是,波動性和粒子性,是實驗中客觀展現的性質,而不是本質,兩者分別代表著不同的抽象模型,從不同的角度去解釋微觀粒子的狀態特徵,並且很明顯這兩種模型都是從宏觀角度出發,進行的唯象形態描述。

那麼,至於微觀粒子真正的形態,目前科學上並沒有統一的圖像,只能進行不同角度側寫拼湊——如同盲人摸象,但可以想象,在更高的層次上,粒子的波粒形態必然又是統一的,因為它們是同一個共同的本質,所表現出來的可觀測性質。


量子糾纏

量子,是一個物理量,如果存在最小的不可分割的基本單位,則這個物理量是量子化的,並把最小單位稱為量子——比如光子就是光量子。通俗地說,量子是能表現出某物質或物理量特性的最小單元。

量子糾纏,是指在量子力學中,當兩個或兩個以上的粒子在彼此相互作用後,由於各個粒子所擁有的特性已綜合成為整體性質,所以無法單獨描述各個粒子的性質,只能描述整體系統的性質,這時粒子個體之間,所表現出的神祕關聯現象(超距作用),就是量子糾纏。

比如,一對糾纏態的光子,每個光子都處在疊加態——此時狀態不確定,並且可以分別在任意不同的地方,那麼對其中一個光子的測量,就會讓其疊加態坍縮為確定態,同時另一個光子的狀態,也會瞬間產生同步變化——由疊加態坍縮為確定態。(多個光子之間也可以形成糾纏態,那麼一個變化,其它的都會一起同步變化)

這其中的關鍵就是,另一個光子的狀態本來是不確定的,但它彷彿知道了,被測量光子狀態的變化,然後自己做出了相應的變化。

要知道,被測粒子的狀態在測量之前,可以是疊加態中的任意值,而另一個粒子,在被測量粒子確定狀態之前,是無法確定自己的狀態的。這意味著,量子糾纏,讓兩個粒子產生了神祕的——超越時間和空間的——關聯現象。

通過一種叫做自發參量下轉換(SPDC的過程,可以實現量子糾纏。具體是將一束對角的偏振光(即水平和垂直混合態的偏振光),發射到一個非線性的晶體時(兩種不同類型的晶體),會將一個(水平和垂直偏振混合態)的光子,分裂成兩個糾纏態的光子,其中每個光子都是(水平和垂直偏振)疊加態的。

需要注意的是,量子糾纏並不是一個粒子瞬間(超光速)對另一個粒子產生了影響,而是它們的共有整體狀態,跨越了一個廣域的距離,從而同步變化——也就是局部會服從配合整體性質的變化,也就是個體會出現統計屬性。

事實上,可以說萬事萬物最終都是由量子所構成的,而萬事萬物從微觀到宏觀,又充滿了局部與整體的關係,那麼量子糾纏,就會在跨越廣域的距離上,產生廣泛的、根本性的相互影響。

所以,並不是觀察行為會影響量子系統,而是任何存在、任何行為,都無時無刻不在影響著量子系統的狀態,並且這個狀態變化的影響,會以量子糾纏的形式,進行超距的相互影響。

因此,從這個角度來看,無論觀測還是不觀測,微觀量子層面的確定性信息,都會因為量子系統的特性,而無法獲得。

而從圖靈的角度來看,為什麼我們無法知道量子的全部確切狀態?這是因為測量狀態的機器,是由量子所構成(一切物質在最底層都是由所量子構成),這就形成了一個循環不可計算的遞歸,讓被計算實體與計算實體發生了糾纏。(宇宙的奧祕:遞歸、分形、循環

那麼,可以想象,我們想要的確定性,其實只有建立在微觀不變化、不互相影響的基礎之上才行。但此時上層的一切都會不存在——或是與現在完全不同的形式存在。

最後,宏觀上並沒有量子糾纏效應,就像宏觀物體沒有微觀的波粒二象性一樣,可以理解為這些微觀量子效應,在宏觀被壓制在了無法被觀測的狀態——數學求解得出無限小,極限就是不存在,或理解為存在於未知領域。

然而,在我們無法觀測和感知的背後,卻存在一個完整統一的整體,並涵蓋了所有的未知領域,只是我們的認知,不一定就存在一條信息路徑,可以抵達那個統一整體的終極本質。


超光速信息傳遞

顯然,我們依賴光去獲取信息,就不能超越光速去獲得信息。但量子糾纏,卻可以無視距離和光速,產生狀態之間的同步變化,那麼這豈不是可以超光速傳遞信息了?

結論是,量子糾纏依舊無法超越光速傳遞信息。

首先,我們需要明白,傳遞信息要有輸入信息讀取信息,完成這兩個步驟才算是完成了一次信息的傳遞。

其次,處在糾纏態的粒子,測量會導致其疊加態塌縮——這是輸入信息,接著瞬間,其它與之糾纏粒子產生變化——我們測量這些變化就是讀取信息

那麼問題就是,都是測量,哪一次代表了輸入信息,哪一次又代表了讀取信息呢?

輸入與讀取有先後順序,那麼我們的測量也就需要有先後順序。顯然,測量的先後順序就依然需要光速來傳遞信息,以確定測量的先後。

最後,我們無法向一個量子糾纏系統中,輸入我們想要的數據,因為微觀狀態是完全隨機的——不可控。所以,粒子糾纏態之間的同步變化,所能傳遞的,僅僅是一些隨機的信號——屬於噪音而不是信息——我們無法從中獲得任何有用的信息。


不可思議的量子實驗

以下闡述的實驗均被實際驗證,這裡只簡述過程和原理。

單電子雙縫干涉實驗

一個一個發射電子,通過雙縫擋板,擊中擋板後的偵測屏,每次等到偵測屏顯示電子擊中後,才發射第二個電子。反覆發射多個電子,最終在偵測屏上,記錄電子所形成的圖案,顯示出了干涉條紋。如果封閉一個縫隙,變成單縫隙,偵測屏則沒有干涉條紋出現。

這個實驗,與光的干涉實驗完全不同,因為光的干涉是光通過雙縫,形成兩組光波,最後產生干涉條紋。而這裡是單個電子通過雙縫,最終也形成了干涉條紋,前者是群體,後者是個體。

這裡有幾點需要說明的是:

第一,多個電子在偵測屏上,形成的干涉條紋,是符合波函數的概率分佈預測的。

第二,一個電子在偵測屏上,只能是一個點,而不是干涉條紋,需要多次發射電子,才能形成概率分佈圖案——產生干涉條紋,此時單個電子在群體事件中,顯示出了統計屬性。

第三,干涉條紋意味著,單電子通過雙縫時,產生了波的干涉效應,相當於電子同時通過雙縫,產生了兩個波源,然後自己和自己干涉。

第四,如果單電子每次只是隨機的通過一條縫隙,就不會在雙縫之後自己和自己干涉,那麼最終的圖案就不會出現干涉條紋,而只會是兩條明亮的條紋。

這個實驗說明了,單電子具有波動性,就是電子在空間中的位置是不確定的——呈現一種概率分佈,這種位置分佈的概率能夠疊加,形成干涉效應——就是增加某些位置出現的概率,減少某些位置出現的概率。

最終,電子擊中偵測屏,它的波動性轉變為粒子性,也就是概率給出結果——位置確定。而多個電子形成的干涉圖案,就會體現出一個電子波動性的自我干涉疊加。

因為實際上,在干涉條紋中,所有點都對應著電子能夠隨機到的位置,而只有電子呈現波動性,並且自己和自己干涉,才會產生那些明暗點的位置概率,從而形成明暗條紋。否則,就只會有兩條亮色條紋的位置概率,而不會有暗色條紋的位置概率。

雙縫干涉實驗——觀察者效應

與單電子雙縫干涉實驗一樣,只不過,在雙縫擋板前進行觀測,以確定單電子如何穿過雙縫。結果是,觀測到每個電子隨機穿過了一條縫隙,偵測屏最終的干涉條紋消失,只有兩條明亮的條紋。但去除觀測手段,干涉條紋就會再次出現。

這個實驗正是說明了,波粒二象性的互補原理,如果觀測,粒子給你展現的就是粒子性,並且波動性就退化了;而如果不觀測,那麼粒子的波動性就又會出現,並且粒子性就退化了。

惠勒光子延遲實驗

一個光子,射入一個半透鏡,那麼就有一半的概率穿過,一半的概率被反射,這是一個量子隨機的過程。

第一種情況,在半透鏡兩邊,放置偵測屏,就可以檢測光子是穿過半透鏡,還是被半透鏡反射。結果顯示,每個光子,只會隨機讓一個偵測屏產生亮點,多次之後依舊是亮點。這說明了,光子每次只會穿過或被反射。

第二種情況,利用兩個反射鏡,將可能穿過半透鏡,或是被半透鏡反射的光子,繼續導入第二個半透鏡的兩面。也就是說,如果光子穿過第一個半透鏡,則會進入第二半透鏡的一面;如果光子被第一個半透鏡反射,則會進入第二個半透鏡的另一面。

要知道,第二個半透鏡依然有一半的概率,讓光子穿過或反射。那麼接下來,在第二個半透鏡的兩邊,放置偵測屏,以檢測穿過或被反射的光子。

結果顯示,每次發射一個光子,經過多次,在其中一個偵測屏上,出現出了干涉條紋。

這說明了,一個光子進入第一個半透鏡,同時穿過和被反射,然後按照兩條路徑運行的光子,同時進入第二個半透鏡的兩面,又繼續同時穿過和被反射。

那麼,在第二個半透鏡的兩面,都會有穿過和反射的光子。通過調整光子的相位,就可以讓光子自己和自己,在一面相互抵消,而在另一面相互干涉。從而在一個偵測屏上,產生干涉條紋。

第三種情況,在光子經過第一個半透鏡的過程中,並沒有第二個半透鏡,這相當於第一個情況,光子會穿過或被反射。然後在光子完成第一個半透鏡的量子隨機後(穿過或被反射),再“延遲”加入第二個半透鏡。

結果顯示,與第二種情況一致,光子會同時穿過和被反射。這說明了,我們“延遲”加入第二個半透鏡的行為,讓光子已經確定第一種情況的選擇後,神奇的切換到了第二種情況。這樣,我們的延遲選擇,就決定了已經完成的選擇。

對於這個實驗,惠勒後來引用玻爾的話說:任何一種基本量子現象,只在其被記錄之後才是一種現象,我們是在光子上路之前,還是途中來做出決定,這在量子實驗中是沒有區別的。光子在通過第一塊透鏡,到我們插入第二塊透鏡這之間,它到底在哪裡,是個什麼,是一個無意義的問題,我們沒有權利去談論它,因為它不是一個客觀真實!

量子擦除實驗(Quantum Eraser Experiment)

這個實驗有些複雜,但已經被成功驗證。

第一步,我們創造出一對糾纏態的光子,間隔發射,通過雙縫板——上面有縫A和縫B,並且這一對光子,在通過雙縫的時候不分離。但我們不知道這一對光子,是通過A、還是B、還是同時通過AB。

第二步,這一對光子,通過雙縫後,如果在A處會被分離為糾纏態的兩個光子——A1A2,如果在B處會被分離為糾纏態的兩個光子——B1B2,其中A1和B1將會進入透鏡,被集中到D0偵測屏,最終顯示出干涉條紋。

此時,D0上的光子,無法區分哪些是A1,哪些是B1,這就意味著,不知道這些光子來自哪個縫隙——A或B。顯然,是糾纏態的一對光子同時進入了AB,然後同時在A分離出A1,在B分離出B1,並且A1和B1在透鏡之後產生干涉,才能在D0顯示出干涉條紋。

第三步,A2和B2將會進入偏光鏡,分別走向不同的方向。並且去向的地方,均在遠離D0的位置,這說明了在A2和B2仍在運動的過程中,D0已經檢測到光子。

第四步,A2進入半透鏡,有50%的概率進入偵測屏D4,另外50%的概率進入半透鏡,之後又有50%的概率(50%中的50%就是25%的概率)進入偵測屏D1,和50%的概率(50%中的50%就是25%的概率)進入偵測屏D2。

同理,B2進入半透鏡,有50%的概率進入偵測屏D3,另外50%的概率進入半透鏡,之後又有50%的概率(50%中的50%就是25%的概率)進入偵測屏D1,和50%的概率(50%中的50%就是25%的概率)進入偵測屏D2。

總結起來就是,A2有50%概率進入D4,25%的概率進入D1,25%的概率進入D2;B2有50%概率進入D3,25%的概率進入D1,25%的概率進入D2。(D1D2無法區分A2B2)

第五步,D1和D2偵測屏,都沒有反應。那麼,這個時候如果D4有反應,說明是A2(狀態塌縮),與之糾纏態的A1——會在D0產生反應;如果D3有反應,說明是B2(狀態塌縮),與之糾纏態的B1——會在D0產生反應。

於是,通過D4和D3的反應(不會同時反應),我們就知道了在D0處的是A1還是B1,然而此時,D0處的干涉條紋就消失了。顯然,這是因為我們確定了這一對糾纏光子,通過AB縫的準確路徑,於是這一對光子的狀態塌縮,展現出了粒子性,只能在AB中選擇一個通過。

第六步,D1和D2偵測屏,其中一個有反應。此時,A2和B2都有概率形成這個結果,那麼我們依舊無法確認,A1和B1誰在D0處產生了反應,即意味著,A1和B1都在D0處,產生干涉,自然干涉條紋就再次出現在了D0。

至此,整個實驗完成,有兩點值得說明:

首先,D1和D2偵測屏有沒有反應是概率,從結果來看:在D1或D2有反應的時候,D0有干涉條紋——這相當於擦除了路徑信息;在D1和D2沒有反應的時候,D3或D4會有反應——這相當於擁有了路徑信息,此時D0干涉條紋消失。

其次,從第三步可知,光子抵達D1234的距離,要長於D0。所以,D1234有沒有反應的時候,D0早已出現過了反應——形成條紋,但D0處的條紋是否干涉,依然受控於,後發生的D1234的反應。

這個實驗的重點,在於揭示了:粒子狀態的塌縮,不在於觀察者,或是什麼樣的觀察者——包括觀測技術設備、有無智能和意識等等,而是在於信息路徑的構建。


對於波粒二象性的各種解讀

前面的實驗,已經毫無懸念的,證明了微觀粒子的波粒二象性——與宏觀現象完全的不同,讓人感覺匪夷所思,並且十分難以理解。

但實驗結果是不容置疑的,於是,人們紛紛針對實驗結果,開始了各種虛幻的自我解讀,以下列舉出一些具有代表性的解釋:

沒有粒子只有波

我們處在無處不在的,就像是湯一樣的量子場之中,這些湯(能量場)就像波一樣運動。只有在我們觀測時候,粒子才會從湯中湧現出來——就像被我們的觀測行為給召喚了出來一樣。

沒有波只有粒子

粒子的運動速度超級快,而我們的觀測(曝光)速度又太慢。所以,當我們進行一次觀察的時候,所捕獲到的圖像,其實是粒子快速去到不同地方的樣子,而在我們看來就是粒子同時出現在多個地方的樣子,所以我們會說粒子有波一樣的狀態。

沒有波也沒有粒子

粒子,只是我們根據觀測的屬性,抽象成了一個宏觀唯象的模型。然而,在不同的情況下,根據觀測屬性,又符合宏觀波的唯象模型,所有才會有波粒二象性,這種在宏觀下矛盾的狀態描述。其實,這些微觀物質的本質,是非波非粒的,具體是什麼,我們也不知道,目前沒有具體的圖像。

有波有粒子

微觀的物質,在沒有觀測的時候,是“雲”或“霧”的形態,以波的形式運動,只有在觀測的時候,才會匯聚到“一點”成為一個粒子。為什麼會這樣?這是因為“雲”或“霧”的能量狀態,因為觀測受到的干擾,能量丟失變小隻能形成一個點,就是粒子。

高維度宇宙

微觀物質,是高維度宇宙的投影,它們的行為狀態變化莫測,是因為我們只能看到了,這些高緯度投影的片段,所形成的難以理解的運動軌跡和特徵形態。

多重宇宙

微觀粒子波的特性,是來自於,無數個平行宇宙的粒子,同時疊加的影像。然而,一旦觀測,平行時空就會分離,單個粒子就會出現在特定唯一的當前時空。

路徑積分表述

在純粹數學上,路徑積分表述,不採用粒子的單獨唯一運動軌道,取而代之的是所有可能軌道的總和。使用泛函積分,就可以計算出所有可能軌道的總和。也就是說,微觀粒子從一個地方,去到一個地方,會選擇可能的所有路徑(包括同時穿過雙縫),而觀測會讓觀測位置與粒子之間,形成唯一的路徑,從而選擇消失。

實驗質疑

在這些實驗中,是如何發射一個電子或是一個光子的,存在一個電子或是一個光子嗎?首先假定,有電子和光子,然後再在實驗中發現了這些粒子的波動性,這不是一種矛盾嗎?

哥本哈根詮釋

微觀粒子在測量之前,其空間位置是不確定的,所以試圖討論,測量之前的粒子軌跡和路徑是沒有意義的。所有的不解和困惑,都顯然來自於,討論了不應該討論的主題。

總結

事實上,一個成功的解釋,是可以預測未來所有的情況的。如果可以做到,那麼這個解釋基本就是一種正確的視角。而波函數則完美的以概率的形式,預測描述了微觀粒子的波動性與粒子性,只不過人們還迫切想要知道的是,這些概率到底是如何形成的——也就是在觀測之前都發生了什麼。。

追根究底,其實是人們,並不滿足於概率與不確定性——這個答案,因為在我們根深蒂固的意識裡——一切都是確定的,這是源自於我們的本能和感知的結論。

而本質原因就在於,連接微觀到宏觀的是概率,但我們處在宏觀,理論上概率已經形成了確定的結果,所以我們只能看到確定性,而看不到不確定性。並且,我們還試圖用宏觀的感知,去解讀微觀的一切。

或許,束縛我們的就是宏觀,而無法抵達微觀的路徑——就是信息。


觀測的本質

在宏觀上,通常觀測,我們認為就是觀察和測試,而在科學上,觀測是用技術手段去獲取物質的狀態信息。那麼在微觀上,觀測一定會落實到,用光子去獲取信息,因為信息的傳遞依賴於光。

然而事實上,在微觀實驗中,比如量子擦除實驗,並非需要我們去完成觀測量子的行為和過程,而只要構建出可以觀測到的可能性,便可以讓量子狀態發生變化。

可見,觀測對微觀的擾動,並非是觀測行為本身,而是觀測所能夠獲得信息的可能性,也就是說:一旦形成信息獲取的路徑,便可以對微觀產生實質性的影響。

這很有趣,或許信息和路徑,才是上層因果邏輯的本質。而路徑又可以形成循環,這樣因果和邏輯也就可以形成循環,成為無窮無盡的無限。

而這也可能就是宏觀物體,沒有微觀波動性(不確定性)的原因所在,因為宏觀物體的信息路徑,顯然已經是被確定存在的了。

那麼,在不確定性原理中,試想粒子同時確定的位置和動量信息,是否是客觀存在的?

如果是存在的,只是粒子的固有秉性——波粒二象性,限制了我們對這個確定信息的獲取,那麼,我們獲取微觀信息與確定性本身就是矛盾的,因為獲取形成了信息路徑,導致不確定,而只有不獲取,確定性信息才會客觀存在。

這就像,一間不透光的屋子,我想知道屋裡子有什麼,可一旦有光進入,屋裡子的東西就會與光結合產生原來沒有的東西,所以我永遠無法獲得屋裡子原有的信息——或許屋裡子沒有信息,也可能會有無數種信息,誰知道呢?

這一切都在於,我們依賴光去獲取信息,更在於我們的本質,都是由同樣的量子信息所構成——然而,或許一切都是信息,而萬物皆比特。數學的本質與萬物的關聯(第二版)

相關推薦

推薦中...