用科學界證明「命中注定」存在!愛因斯坦為何說,上帝不擲骰子?

漫酱~ 2022/12/27 檢舉 我要評論

量子力學大家應該聽過很多次,它的研究領域是微觀世界,但是這套理論卻經常得出一些違反直覺的結論。比如這個理論認為,一個物體竟然可以同時處于多個位置,而且還會存在一個現象,那就是一個物體在某處發生變化,可以瞬間影響到遠,在天邊的另外一個物體的狀態,也就是「量子糾纏」。而這一切,都要歸結于微觀世界的一個很大的特點,那就是:不確定性。

在微觀世界里面,所有的物體都不愿意受到束縛,從而靜止,而是永遠處于無休止的運動之中,為何科學家會相信量子力學的這種奇奇怪怪的結論?今天,我們接著揭開量子力學的神秘面紗。其實早在牛頓和愛因斯坦時代,人們對巨觀物體的研究就已經很完善了。比如行星如何圍繞地球運動一個小球被撞擊后,會如何在空中運動;物體掉落到水面,激起的水波會如何散開,可以說在當時不論是天上、地上還是水里。

物理學,幾乎完美地解釋了世界上的所有問題,直到人們把探索領域切換到微觀世界,才發現原來在微小的尺度范圍內竟然隱藏著一個如此反之覺的世界。首先敲開量子世界大門的是一個關于光的實驗室。當時,人們熱于研究加熱氣體所散發的光,但是當人們通過三棱鏡去觀察加熱氣體產生的光時,卻發現了一幕讓人難以置信的畫面,那就是這些光的顏色竟然非常整齊地色散開來。

一個豎條就是一種顏色。其實關于光的色散,牛頓早就研究過,當陽光經過三棱鏡后,自然會形成類似彩虹的光斑,但是這種光斑的顏色不是一條一條的光斑,而是一整塊光斑,并且顏色是漸變地從1種顏色會自然過渡到另外1種顏色。而科學家發現,加熱氣體的光斑竟然出現了五彩繽紛的條紋,條紋之間不存在過渡色,這種現象立即引起了波爾的注意。波爾認為要解釋這種現象,必須要假設電子可以「瞬間移動」,這是什麼意思呢?

我們都知道原子模型中,一個電子會圍繞原子核不停地旋轉,但是這種旋轉與地球圍繞太陽旋轉,有一個本質的不同。地球旋轉時,它的軌道基本不會發生變化,但是電子圍繞原子核旋轉軌道可以隨時改變,當原子核被加熱時,電子就會形成一個軌道,跑到另外一個軌道,并隨之釋放出能量,形成我們所看見的光斑。

按照常識分析,我們很自然地認為電子在切換軌道的時候,是有一個漸變的過程。換言之,如果儀器足夠先進,我們是能看見電子設備是如何從一個軌道跑到另外一個軌道的。但是波爾認為,電子切換軌道花費的時間為0,也就是說波爾認為電子是瞬間移動到另外的一個軌道,所以通過剛才的分析不難看出,如果電子是漸變移動到另外一個軌道。那麼向外發射的能量就是連續的,最終看到的光斑應該會有顏色的過渡才對,然而我們看見的光斑不存在過渡區域。

這就證明,電子的確是瞬間移動到另外一個軌道,而之所以導致這種瞬間移動,就是因為能量不能無限分割,存在一個最小值。所以電子只能瞬間移動過去,同時釋放出這一個最小單位的能量,而這就是非常著名的「量子躍遷」,這種「瞬間移動」的思想放到我們巨觀世界,真的是難以想象。但是在微觀世界,你只能這樣想,才能解釋許多的量子現象,所以我們姑且把這個當成真理繼續探索下去。

但是電子如果能瞬間移動,能量不能無限分割,這就與經典的力學矛盾了,因為如果你去問當時的愛因斯坦什麼是科學?愛因斯坦會肯定地告訴你「科學可以對將來作出肯定性的預測」,但是電子可以瞬間移動,似乎量子世界變得無法預測,所以波爾一提出這個觀點,立即遭到了當時很多科學家的反對,并認為他們的理論不是科學,而是幻想。所以從愛因斯坦的態度可以看出,當時他是非常反對波爾的這種電子理論,但是隨后人們做了一個實驗,一下子讓很多科學家瞬間站到了波爾這一邊,這個實驗就是著名的雙縫干涉實驗。

相信大家肯定聽過。我們首先在巨觀世界來做這個實驗,看看有什麼結果,首先我們把視角切換到保齡球館,在保齡球軌道上設置一個擋板,擋板上面開兩個縫,內一個保齡球通過縫的大小恰好能容納,然后在后面放上一個屏幕,用于記錄保齡球最終的位置,所以當我們開始扔保齡球時,有的保齡球會順利穿過其中一個狹縫,最終走到屏幕的位置,撕開屏幕。當然也有部分保齡球,無法通過狹縫反彈回來,我們不斷地扔保齡球,那麼有的會通過左邊狹縫,有的被反彈回來,最終在屏幕那邊,會形成兩個被撕開了的孔。

而這種現象也很好解釋,因為保齡球走的是直線,所以一旦穿過狹縫就會按照原來的方向繼續前進,所以左邊的狹縫,會在屏幕左邊形成一個口,右邊狹縫形成另外一個口,而這就是巨觀世界的雙縫實驗。下面我們把實驗改變一下,這次我們不扔保齡球,我們扔電子,我們把電子的體積放大后進行,如果我依然像剛才那樣不停往屏幕扔電子,屏幕生成的撕口,應該會和剛才扔保齡球一樣,形成兩個整齊的撕口才對,但是我們實際去做這個實驗會發現,電子和保齡球有很大不同,電子雖然有的會通過左邊狹縫,有的被反彈。

但是凡是通過狹縫的電子,在屏幕后面竟然形成了很多,豎直的條紋,如果電子走的是直線,那麼只會形成兩個死口才對,比如兩個狹縫中間的位置,對應的屏幕是不可能出現電子的,但是卻依然出現了條紋,而要解釋這種現象只有一種可能,那就是波。比如如果一列水波通過這兩個狹縫,它們會立即分裂成兩列水波,之后這兩列水波會相互交融,也就是波發生「干涉」,最終在屏幕形成許多豎直的條紋,所以「波動說」就能合理解釋電子的這種論異現象。

但是這就帶來一個思考,一個電子明明是一個粒子,怎麼又是一種波,當時人們還沒有波粒二象性的概念,所以完全無法理解這種現象,但是有一位量子力學的大咖級人物薛定諤,卻合理地解釋了這種現象薛定諤認為當電子被扔出去的一瞬間,電子馬上就處于一種模糊的狀態,而這就造成電子的運動軌跡,看起來像一種波,但是這種模糊的狀態,種怎樣的狀態?

到底是薛定諤沒有解釋清楚,而最終完美解決這個問題的科學家,就是哥本哈根學派的波恩。波恩認為電子扔出去后,并不是在空間中形成一個類似于波形狀的軌跡,而是電子。可以同時處于空間中的多個位置,只是每個位置分到的機率值有所不同,而且這些機率值會不斷地浮動,從而就形成了「機率波。這種波與我們平時接觸的光波,聲波和水波有本質的不同,普通地波上下振動的是實體物體。

而機率波震動的是機率值,而機率值不是一個實體,而是一個抽象的數學概念。

機率波的提出是人類首次,對微觀世界進行揭秘的第一次創舉,他揭示了電子的運動其實沒有軌跡,電子一旦運動起來,就會是一團機率組成的,電子永遠會一個整體范圍向某個方向移動。你不能問電子現在到底在哪里,出現在某個地方的機率值是多少,也許分析到這里你會有一個疑問,科學探索出來就是為了對未來做精準預測,但是遇到電子這種微觀物體,你卻永遠不能給我一個肯定的預測,只能告訴我機率,這是不是說量子力學存在某種不完備的特性?

如果你能這麼想,那麼恭喜你,你和愛因斯坦的思路是一致的。愛因斯坦當時也不能接受用機率來詮釋這個世界,所以才說出了那句著名的話「上帝不擲骰子」。愛因斯坦很難相信我們的世界在深層次里面,是由機率來決定,所以,是無法做到精準預測未來的科學,都不能成為科學。所以很快量子力學就分為了兩派,一派以波爾為首,包括波爾,波恩、海森堡,迪拉克等物理學家,他們被稱為哥本哈根學派。

另外一派以愛因斯坦為首,包括愛因斯坦、薛定諤、貝爾等人。兩派人物對量子世界的本質進行了無數次的交鋒,而將這場爭論推向[高·潮]的人物,就是薛定諤,因為他當時為了證明哥本哈根學派是錯誤的,就提出了大家都熟悉的思想實驗,也就是「薛定諤的貓。這個實驗—提出,立即把波爾等人整蒙圈了,哥本哈根學派從此開始,磕這只「既生又死」的貓,試圖找到其中的漏洞,以求補救自己的量子理論。其實很多人都有一個誤解,認為薛定諤是為了證明量子力學,才提出這個思想實驗。

其實事實恰好相反,薛定諤是為了反對這種量子理論,才提出實驗的。其實這兩個學術門派爭論的本質就是電子的這種不確定性,到底是由于我們的測量儀器不夠先進導致,還是微觀世界本來就不確定,相信大部分人都會覺得,相信大部分人都會覺得電子之所以同時處于多個位置,是因為電子運動速度太快,導致我們的儀器還沒來得及反應。

所以就給人一種,同時處于多個位置的假象。如果你也這樣想,那麼你和愛因斯坦的想法再次一致,因為愛因斯坦一直認為,我們的世界是可以精準預測的,不存在機率一說。如果我們預測未來必須用機率,只能證明我們對世界的探索還不夠,而不是這個世界本來就不確定。所以,當波爾在台上講解自己的量子理論后,愛因斯坦馬上就站起來,開始了一輪排山倒海的反駁,據說當愛因斯坦演講完畢后,當時台下有一位普通學者對愛因斯坦說了一句話。

他說:「愛因斯坦先生,你現在反駁波爾「量子理論」的表情,和十年前你站在台上講相對論,下面一堆人反駁你的表情高度的一致」,讓愛因斯坦一度陷入無比尷尬的場景,而這也說明了愛因斯坦雖然偉大,但是只要是人,就不可能永遠不犯錯。時至今日,我們當然知道這場曠日持久的爭論,最終以哥本哈根學派勝利而終結,現代的量子力學理論,根基都是建立在哥本哈根學派上,而這也意味著,我們的世界在深層次里,是由機率決定的。

雖然我們無法預測單次實驗,電子最終會落在哪里,但是試驗次數一旦變多,我們可以用機率精確地預測出電子在中間的機率是37%,電子在最右邊的機率是7%,這種用機率來預測未來的方式,也是一種極其精準的預測方式。而這也意味著「宿命論」是完全錯誤的傳統的,我們的世界隨時都充滿著無窮的變數,命運尚未注定,我們應該積極努力。

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