关于波粒二象性,量子力学理论这样说:一个具有波粒二象性的量子,你不观测它的时候,他处于波粒叠加态。当你观测它的那一瞬间,它的叠加态突然坍缩,或成为波,或成为粒子。
前面说过,叠加态坍缩,就是形成观测结果的过程。但是为什么会有时候成为波,有时候成为粒子呢?
量子力学的观点认为,这取决于你的观测方法。你用波的方法去观测量子,量子就形成波的观测结果。你用粒子的方法去观测量子,量子就形成粒子的观测结果。
坍缩的结果取决于观测手段,这如何理解呢?
做个不太恰当的比方吧。假如有一块臭豆腐,是量子臭豆腐。你有两个观测仪器:嘴和鼻子。嘴能感觉辣,而鼻子能感觉臭。
你没有品尝它之前,臭豆腐处于臭辣叠加态。
现在你把它放进嘴里,形成了味觉,你的观测结果是辣。术语叫做臭辣叠加态坍缩成辣。
展开剩余70%你如果不把它放嘴里,而是放进鼻子里,形成了嗅觉,你的观测结果是臭。术语叫做臭辣叠加态坍缩成臭。
好吧,你会说:我把臭豆腐分成两半,一半放嘴里一半放鼻里……等一下,这是块量子臭豆腐,不能分割!
而且,它一旦坍缩,就再也不能恢复先前的臭辣叠加态。你只能观测它一次,是臭是辣就一次过。
通过这块量子臭豆腐,你大概有点概念了。
波粒二象性(wave-particle duality)是量子力学中的一个基本概念,指的是微观粒子,如光子、电子等,在某些条件下表现出波动性质,在其他条件下则表现出粒子性质。即微观粒子同时具有波和粒子的双重特性,并且在不同条件下表现出不同的行为。
这一概念挑战了经典物理学中波和粒子的严格区分,这一发现给物理学领域带来了一场革命,它不仅改变了物理学的基础理论,也直接改变了我们理解物质世界本质的理念。
在大多数人的传统概念中,原子就像是一个小球,比如布鲁塞尔这个著名的原子雕塑:
这就是一种“粒子”的概念。然而当物理学家们对原子的深入研究,发现原子以及原子内部的各种粒子,都不是“实体”,而是更多表现为一种能量波。
再进一步研究,发现质量和能量是能够相互转换的。这就意味着,我们宏观上看起来是一个物体的“物质”,其实是“空的”。
实际上,不管是普通人还是科学家,谁都不可能用肉眼看到原子。我们在中学课本里看到那些原子示意图,都是科学家根据实验提出来的一种想象图。随着物理学不断进步,这种想象图也在不断更新变化。
人类自古就有探求物质本原的强烈求知欲。古代先哲就有这种思考:一个物体,不断切割下去,最小的组成单位是什么?经过无数科学家的努力,原子、电子、质子等粒子逐渐被发现,一直到量子物理的波粒二象性,不断给我们认识世界带来的全新理念。
但是,也有人利用这种新概念,给自己的一些歪门邪道找理论依据。比如把测量结果取决于测量手段这个事,歪曲成量子具有感知人类活动的能力。从而编造出一些吓唬人的说法,用于不可告人的目的。
其实,在物理学里,不管是什么理论,都是基于现实世界,符合逻辑推导和自洽的。科学家提出的观点,不仅有根有据,也是可学习、可理解的正常知识。绝非那种故弄玄虚、神秘莫测的歪理邪说。
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