北京时间10月4日下午,瑞典皇家科学院决定将2022年的诺贝尔物理学奖授予法国科学家AlainAspect、美国科学家JohnF.Clauser和奥地利科学家AntonZeilinger,以表彰他们“用纠缠光子进行的实验,建立了贝尔不等式的违反,并开创了量子信息科学”。
——量子力学中那些“奇特”的现象,其实在宏观世界中也一样存在
文/陈思进
之前,我曾在专栏文《量子力学并没有否定客观世界》中提及:不确定性原理听上去神奇,其实倒也并不神秘,它是某些成对出现的物理量,术语叫共轭物理量的逻辑必然。不确定性原理是普适的原理。不管在微观世界还是宏观世界,不确定性原理具有明确的数学法则,即质量越大和体积越大的物体,其不确定性就越小。所以,任何肉眼可见的物体,它的不确定性可小到完全可以忽略不计。
新加坡黄埔集团计划在巴林设立数字银行,并向加密货币客户开放:金色财经报道,新加坡黄埔集团计划在巴林设立一家数字银行,其服务将包括数字资产公司的全天候支付和结算。据黄埔集团的一份声明,目标将在年底前建立该银行,并提供银行服务以及数字代币的交易、托管和资产管理。
巴林的一位政府发言人说,该国的中央银行已经”原则上批准\"黄埔集团的风险投资,并补充称,批准是暂时的,只有在满足所有监管要求后才会颁发正式的许可证。[2023/5/18 15:11:04]
文章发表之后,收到好些读者的询问,说他们看到的一些科普文章,都把量子力学描述得非常得“神奇”,甚至感觉“超自然”了。那我就再详谈一下吧。
最近,牛津大学量子信息学教授VlaskoVidral表示,“很少有现代物理学认同牛顿物理学可以和量子物理学相提并论,即便在日常生活的‘真实世界’中,也是如此。牛顿的理论只是一种近似,在任何尺度上世界都是量子的。”
OKX Ventures合伙人:投资的逻辑更多在于投人,未来会拿出5至10亿美元支持创新:1月4日消息,OKX Ventures合伙人Benson表示,OKX Ventures表示其投资逻辑更多在于通过OKX的支持激发生态的多样性,并且将关注创始人本身的影响力。在赛道方面,看好包括基础设施、二层网络、模块化网络、零知识证明以及进一步提升资金效率的 DeFi、Web3中间健、Cosmos生态等。[2023/1/5 9:53:08]
也就是说,量子力学非但适合量子世界,也适合“真实世界”——我们可见的宏观世界。大多数人都以为量子的那些不可思议的特性,如叠加态、量子纠缠、不确定性原理等,只是量子世界的特性,在宏观世界中并不适用。其实这是一个误解。所有量子理论中的数学公式,都可以用在宏观世界之中;所有适用于微观粒子的概率计算,也都可以计算宏观物体。
陕西宝鸡出台元宇宙产业发展行动计划,重塑数字产业经济体系:12月13日消息,陕西省宝鸡市数字经济局联合该市工信、科技、文旅等10个部门,出台了《宝鸡市元宇宙产业发展行动计划(2023—2026年)》。宝鸡将抢抓数字技术新机遇,促进数字化消费与服务业转型升级,重塑数字产业经济体系,奋力向“西北元宇宙第一城”目标迈进。
据介绍,行动计划提出了“12463”战略路径,主要内容包括:打造“西北元宇宙第一城”,夯实“传统与数字”两大基础设施,拓展“人才引培、研发创新、创业孵化及交易平台”四类服务平台,完善“重大项目、政策、科技、人才、金融、土地”六大产业发展要素支撑,打造“创新型创作者发展基地、数字人产业基地、宝鸡特色元宇宙产业化基地”三大基地。(经济日报)[2022/12/13 21:41:24]
举一个实例。如果我们将电子的位置测准到1毫米范围,那么它速度的不确定性将高达1米/秒;如果将原子的位置测准到约10的-10次方米这一范围的话,它的速度的不确定性,将高达1万米/秒。
三大指数集体收涨,标普500指数涨1.53%:金色财经报道,美股高开高走,三大指数集体收涨,纳指涨2.11%,本周累涨4.14%;标普500指数涨1.53%,本周累涨3.65%;道指涨1.19%,本周累涨2.66%。三大指数均终结周线三连跌。[2022/9/10 13:20:34]
但是,如果我们测量的是一个重1公斤的铅球,假如我们把它的飞行速度测量至小数点后24位这个精准度,即便在这个精准度之下,它的位置不确定性的范围,也不会超过一个原子的大小。
再比如量子隧穿效应,质量越小,概率就越大。这个概率的数学计算,同样可以用来计算一个棒球打到墙上,有多少几率穿墙而过,只不过计算结果的概率可小到宇宙末日的到来,才有可能发生一次。
然而,注意到,在一些科普文章中,把不确定性定义为只存在于微观世界。这是一个误解。事实上,在真实的物理理论中,量子的不确定性原理,其实并不只适用于微观粒子,宏观物体也同样符合不确定性原理。而且可以定性地描述为一个公式,也就是:“一个物体的位置不确定性X它的速度不确定性<普朗克常数/物体的质量”。这是一个普世的公式,它表示物体的质量越小,那么不确定的范围就越大;反之,则越小。
换句话来说,不确定性原理是普世原理。只是体积越大,不确定就越小。于是,任何人眼可见的物体的不确定性,已小到可以忽略不计了。不过,归根到底,世界就是不确定的。
同时,叠加态也一样,物理学家李淼先生曾说过:“任何物体可以处于不同位置的叠加态中”。不过,为何在宏观经典世界中,迄今为止,似乎并没有发现像人体、猫等也具有叠加态呢?这也恰恰是量子力学最大的特点,即,一旦一个系统足够大,那么它的表现至少“看”上去,与经典物理系统就一样了。
比如,著名的“薛定谔的猫”,尽管从量子力学的理论去观察,这个“猫”可以同时处于生和死的叠加态。但是,由于“猫”太“大”了,“猫”通过呼吸和空气发生了作用,即“猫”和外界接触了。因此,波函数早就坍缩了,即“猫”肯定会要么生,要么死,不会同时处于生和死的叠加态。
20世纪初,由于相对论和量子力学的出现,人们普遍认为机械宇宙观已经破产,甚至认为相对论和量子力学“推翻了”牛顿力学。
其实不然。
众所周知,量子力学的发展是从因应19世纪末物理学上空的二朵乌云中的“黑体辐射”问题开始的;而反映经典物理学中的另一基础性矛盾——另一朵乌云“以太漂移”,则被爱因斯坦的狭义相对论和广义相对论所诠释,揭示了空间、时间、物质和运动之间的内在联系,带来了整个物理学和人类认知领域的革命。
我还注意到,在很多科普相对论的文章中,也常有个误解,就是说相对论只适合高速、大质量物体。而相对论在低速、小质量物体时,也是对的。就像在宏观世界观察不到量子现象一样,相对论在低速、小质量物体时,也只是不明显而已。
其实,爱因斯坦是在洛伦兹变换的基础上,建立起来的一种新的时空观,后来被称为“相对论时空观”。在爱因斯坦新的时空观里,原有的力学定律都需要被修正,而牛顿定律不过是低速度空间里的特例。
这就是为何亚里士多德的落体理论和托勒密的地心说早已成为历史,而牛顿力学至今仍然是全世界所有物理学的基础教程的原因所在,并且依然是现实生活中使用最广泛的物理学知识。
显然,不仅相对论和量子力学绝对没有推翻牛顿力学,而且它们是以全新的方式,更精确和更清晰地再次证明了牛顿力学的科学性,因为,低速空间是我们的常态。
最后,用李淼先生的一句话作为此文的结语:“量子力学的世界是一个神奇的世界。这个世界再神奇,也不会神奇到没有意识就不存在。它只是告诉我们,一个粒子可以处于不同位置的叠加态中,甚至任何物体都可以处于不同位置的叠加态中。”
2022年10月05日写于多伦多安大略湖畔
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