У нас вы можете посмотреть бесплатно 156|曹天元:怎样了解量子?或许你要先解开薛定谔猫的生死之谜|格致SELF или скачать в максимальном доступном качестве, видео которое было загружено на ютуб. Для загрузки выберите вариант из формы ниже:
Если кнопки скачивания не
загрузились
НАЖМИТЕ ЗДЕСЬ или обновите страницу
Если возникают проблемы со скачиванием видео, пожалуйста напишите в поддержку по адресу внизу
страницы.
Спасибо за использование сервиса ClipSaver.ru
怎样了解量子?或许你要先解开薛定谔猫的生死之谜 薛定谔的猫是物理学的四大神兽之一,并非是指某种动物,而是一种思维实验。而对于经典的薛定谔的猫思维实验,现在已经成为了量子力学的代名词,究竟薛定谔的猫是生是死?和量子之前又有怎样的联系呢? 演讲者:曹天元 科普作家,《上帝掷骰子吗?量子物理史话》作者 演讲时间:格致论道第48期|2019年11月23日 深圳 2003年,有一天我突然心血来潮,想在网上连载关于量子力学的科普文章,没想到后来这些文章集结出版了,书名叫《上帝掷骰子吗》。 当时互联网处在刚刚起步的阶段,普通人对量子这个名词是非常陌生的,更不要说薛定谔的猫了,大家可能以为是一位姓薛的大爷养的一只猫。 当年我万万没有想到,在接下来的十多年里,量子这个词迅速在大众中普及开来,到今天已经变成了非常流行和时髦的名词。 今天,量子已经深入到每个人的日常生活,包括小说、动漫、电影、电视,都在不断借鉴量子的概念。我们跟朋友聊天的时候好像不扯几句量子就显得不够高大上。 借着量子的名头也有很多无良的商家在趁机推销一些产品,比如量子鞋垫、量子减肥,还有最新很火爆的量子波动速读。科普是好事儿,但是要正确的科普,不要被忽悠了。 薛定谔的猫就是一个很典型的例子,很多人都或多或少听说过这个名词,但是我发现很多人对所谓薛定谔的猫的问题是有一定误解的。 网上有很多关于薛定谔的猫的科普文章也是经过夸张的,甚至有一些误导的内容在里面。 可能很多人都不知道,如果把薛定谔的猫这个问题单独拿出来说的话,其实我们已经有了这个问题的答案,但是可能还有很多人不知道。所以我就详细地讲一讲这只著名的又死又活的猫。 薛定谔的猫是死还是活 薛定谔的猫到底是什么问题?首先,量子论里面一个非常有意思的概念叫作量子叠加态,如果我扔一枚硬币,然后我把这枚硬币抓在手里面,在我没有看这枚硬币的时候,它是什么状态呢?在传统的、经典的物理学看来,这枚硬币一定有一个确定的状态。 虽然我没有看,但是它要么是正面,要么是反面。但是量子论就不一样了,量子论认为在我们没有看这枚硬币的时候,这枚硬币处在正面+反面的状态,就是量子叠加态。 在不那么严格的意义上,你可以想象成这枚硬币在我没有看它的时候,它既是正面又是反面。所以量子叠加态在量子论里面是非常普遍的一个状态。 如果我们现在问一个电子在哪里?我们通常把电子想象成一个小球,但是如果它是一个普通的小球,比如说一个篮球,那么它一定有一个确定的位置,要么在这里,要么在那里,它不能同时在两个地方。 但是量子论认为一个电子如果没有观察它的时候,它很可能处在A点+B点的叠加态。 为什么一个电子又在这里,又在那里?听起来让人觉得很奇怪,如果我换一个问题,可能就没那么奇怪了。如果问我的声音在哪里,你们会怎么回答? 很明显,既然我在这里说话,所有人都可以听见我的声音,那么我的声音肯定是既在这里又在那里。 为什么我这样说你们觉得不习惯?因为我的声音是一种波动,是声波。作为一种波,它必然可以充斥着整个空间,在你们每个人的耳边,所以它处在一种空间叠加的状态。 量子论为什么说电子既在这里又在那里?因为在量子论看来,任何的东西,不管是电子也好,光子也好,原子也好,所有的粒子都被认为在某种程度上同时也是一个波,这就是波粒二象性。 图中是著名的薛定谔方程,这个方程的意思是量子论认为任何粒子都应该严格按照薛定谔的方程来运动。薛定谔方程描述的就是一个波动,所以也叫作薛定谔波动方程。 薛定谔是奥地利著名的物理学家,量子力学的创始人,薛定谔方程是他在实验中总结出来的。来看一看著名的双缝干涉实验。 如果把一束光通过开着两道狭缝的面板,投到后面的投影屏上,会出现一明一暗的条纹,即双缝干涉条纹,这很明显就是波动的一个性质体现。 我们知道光是一种电磁波,我们发现如果把一个个电子同样地打向开双缝的面板,然后投到后面的投影屏上,也会出现一明一暗的条纹,说明电子也有波动的性质。 电子不是一般的波,它跟声波还不一样。声波确实可以被人们听到,但是如果我们观测一个电子,就从来不会看到它同时出现在两个地方,如果你真的去看一个电子,它有一个确定的位置。但是你不看它的时候,它通过双缝,就表现得像个波。 当时创立量子力学的创始人们想出一个解释,他们认为电子不是一般的波,它是概率波,换句话说电子的波不是实体,是它出现的各种可能性的叠加,这些叠加加起来像一个波。 当我们不看电子的时候,电子长得像波的模样,像各种概率的叠加。但是如果我们去观测它,一看它的时候,这个波就坍缩了,电子就会出现在某个地方。 如果我们看它的时候,它又变成了概率波,然后我们再一看,它又出现在另外一个地方。出现在哪里是随机的,我们不知道它会出现在哪里,它的可能性大小是根据这个波的强度来分布的。 这就是当年创立量子力学的人对量子力学的解释,因为这些人基本上都在丹麦歌本哈根物理研究所,所以这个解释就被称为哥本哈根解释。 这种解释是不是有点奇怪?你不看电子的时候,它就是一个概率波,你一看它,它就随机出现在某个地方。 当时,很多著名的科学家也觉得这种解释很奇怪,最著名的两位就是薛定谔和爱因斯坦,他们就觉得哥本哈根解释很奇怪,是荒谬的。 爱因斯坦当时说了一句名言:当我们不看月亮的时候,它还在那里吗? 因为月亮同样也是由原子、分子够成的。如果按照量子论的说法,任何一个粒子在没有看它的时候,它是一个概率波,那么就说明我们没有看月亮的时候,月亮也是一个概率波。 所以爱因斯坦和哥本哈根学派就展开了科学史上最著名的关于量子论的本质的一场论证。 薛定谔是站在爱因斯坦这边的,虽然薛定谔方程是他提出来的,但是他认为哥本哈根学派所谓的概率波解释是不对的。 薛定谔很赞同爱因斯坦的想法。他本人后来也想出了一个例子,同样来质疑哥本哈根学派这些人,这就是大名鼎鼎的薛定谔的猫。 薛定谔的猫是什么意思呢?薛定谔说假设有一枚硬币,抛一下,它有正面和反面两种状态,按照量子论的解释,我不看这枚硬币的时候,这枚硬币是正面和反面的叠加,既是正面又是反面。 假设这枚硬币确实是正面和反面的叠加,我现在把它放到一个箱子里,箱子里有一套连锁装置,如果硬币是正面,就会触发机关,把毒气放出来。 箱子里放一只猫,毒气放出来,猫就被毒死了。如果反过来,硬币是反面,一切就保持原状,猫就活着。 薛定谔问:如果这个箱子是不透明的,我们没有打开箱子看之前,请问这个猫是什么状态? 很明显,如果你说这个硬币是正面+反面的叠加态,按照逻辑推导,我们马上就可以知道这只猫是什么状态。这只猫必然是一个活猫和死猫的叠加态。 粒子太小了,我们看不见是不是叠加态,但是猫是一个我看得见也摸得着的东西。从日常经验我们就知道,一只猫不可能又死又活的,那么反过来就可以证明,微观上粒子的叠加态也是不成立的。这是一个反证法。 但是薛定谔的猫提出来是1935年,是80多年前了。量子力学又发展了80多年,我们做了越来越多的实验,越来越多的证据表明其实在微观层面上确实存在着量子叠加态,但是很明显,我们在生活中没有见过一只又死又活的猫,所以这就变成了薛定谔的猫带来的难题。 量子纠缠和量子退相干 如果在微观层面上确实存在着量子叠加态,那么这种叠加态为什么没有被放大到宏观层面呢?这个问题我们现在基本上有答案了,这个答案的名字叫作“量子退相干”。 在讲量子退相干之前,我们先讲讲量子论里面一个神奇的属性——量子纠缠。量子纠缠这个词前几年很火,据说这个名词特别文艺,受到文艺青年的追捧。 量子纠缠是什么意思呢?举个例子,如果有一男一女,假设他们每天穿的衣服可以随机选择颜色,假设有蓝色和绿色,男生可以选蓝色或者绿色,女生也一样。 👇🏽歡迎嘗試我頻道裡的其他影片👇🏽 通信: • 通信 人工智能: • AI·人工智能 航天: • 航天 宇宙: • 宇宙 教育: • 教育 少年中国: • 少年中国 植物: • 中国科学院植物研究所 生物: • 生物 心理: • 心理 医学: • 医学 生态: • 医学 环境: • 环境 药学: • 药学 数学: • 数学 物理: • 物理 化学: • 化学 艺术: • 艺术 摄影: • 摄影 传媒: • 传媒 考古: • 考古 恐龙: • 恐龙 诺贝尔奖: • 诺贝尔奖 工程: • 工程 #中科院 #格致论道 #科学 #科普 #知识 #知识科普 #格致論道 #科學 #知識 #知識科普 #教育