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量子力学证明了我们的世界是虚拟的吗?


在我们的物理世界中,99%的现象都可以用牛顿力学和爱因斯坦相对论解释。但是当我们遇到剩下那1%的问题,就不好办了。所以,科学家发明了量子力学,来解决微观世界(当然也不完全局限于微观)中无法用普通物理解释的现象。

最简单的量子力学实验

要证明量子力学的用处,有一个最有名而且最简单的实验,那就是“双缝实验”。用一个粒子枪(这把枪可以发射电子,光子,或者任何一种粒子)发射出一束粒子,打到对面的墙上,结果不出意料地得到一个点。但是如果我们在中间加一个有一条缝隙的板子,只让一个粒子通过,那么墙上应该还是出现一个点,对吧?结果得到的是一条线,而且是和缝隙垂直的。如果我们把板子上放两条缝隙,如下图,墙上就出现了一系列间隔的条纹。一个粒子如何能打出条纹?这是普通物理无法解释的。于是量子力学的大拿就说了,这是“波粒二象性”,也就是说光子(或者任何其它粒子)既是粒子,也有波的特性。我们知道,如果有两个波同时发射,那它们的波峰和波谷会互相干扰。如果波峰重叠或波谷重叠的地方,信号会增强,结果就出现了条纹。如果波峰和波谷互相叠加,就会抵消,结果就出现了条纹之间的空隙。这就完美地解释了双缝实验的结果。

那么问题来了,一个粒子如何同时拥有粒子和波的两种特性?量子力学不单要我们无条件接受这个理论,而且还创造了一系列更加离奇的理论来支持它,这就构成了系统的量子力学。现在我们就来看看。

关系性量子力学

在双缝实验中,如果我们用摄像机对着墙壁,那么就会记录到上面描述的波形。但是如果我们把摄像机对着挡板,用高速摄影,观察这颗粒子是如何通过挡板,并产生波形的,那么我们看到的就只是一个粒子,而没有波的特性。量子力学的大拿又说了,这叫“关系性诠释”,也就是说实验的结果和观察者有关系。观察者看着是一个状态,考察者不看又是一个状态,或者说观察者不看状态就不确定。

如果你觉得这太扯了,那么请记住这个比喻:薛定谔的猫。在一个密封的盒子里,有一只猫和一盒毒药。毒药盒子有一个完全随机的释放装置,所以不知道什么时候会释放毒药。在观察者没有打开盒子之前,我们是不知道猫是死的还是活的。观察者一旦打开盒子,猫的状态就确定了。

这时候你会叹口气,说:好吧,我接受这个扯淡的理论。一束粒子穿过了两个缝隙,墙上没有出现两个点,甚至是两个条纹,而是出现一系列条纹,这是因为粒子束互相干扰,产生了波的特性。但是接下来还有一个更让人抓狂的事实。如果粒子枪只发出一颗粒子,它仍然可以穿过两条缝隙,产生波纹!一个粒子是如何同时穿过两条缝隙,自己干扰自己的呢?大拿们对此也有解释,有的说这是因为一颗粒子也有波的特性,所以尽管它穿过了一条缝隙,它的波却穿过了两条缝隙,产生了波纹。有的说这证明了多元宇宙(或平行宇宙)的论点,这个宇宙的粒子和平行宇宙中的粒子发生了干扰。总之你爱信不信。

量子纠缠

量子纠缠是另一个普通物理无法解释的问题。两个量子,尽管相隔遥远,就算几光年开外,如果它们是纠缠的一对,如果其中一个量子的状态变了,另一个就同时变化,没有时差!是不是很神奇?用它来做通信,或者进行物体传输,不要太快有没有?有人认为这是心灵感应的物理证据。

量子力学说明了什么?

好了,脑细胞烧得差不多了。我们现在来想想这些现象说明了什么?

有很多人认为,量子力学证明了我们生活的世界是虚拟的。想想看,如果你用计算机模拟一个世界,让这个世界自己运行,就必须要有它自己运行的规则。如我们在电影《黑客帝国》(The Marix)中看到的,虚拟世界的程序保证了人们必须遵守物理定律。但是计算机的运算能力是有限的,所以这些大面上的规则不会精细到人类看不到的地方,比如微观世界。在电影《第十三层》(The 13th Floor)中,男主怀疑自己的世界是虚拟的,于是他一直开车到了城市的边界,一个从来没有人去的地方,结果他看到的是计算机绘图的构架蓝图,没有实际的物体,因为这里没人来,建造实体是浪费产能。那么如果我们的世界也是虚拟的,它也有运算能力的限制。物理规则计算到原子级别就可以了,原子以下完全是浪费能量。如果人类真的挖掘到了原子以下的粒子,那么只要即时生成人类观察到的那部分现实就行了。没有必要把整个宇宙都生成到原子以下的级别吧,那要浪费多少计算能力啊!所以这就完美的解释了为什么量子的状态只有在人观察时才会确定。

那么我们的世界到底是不是虚拟的呢?小广认为,是不是虚拟完全不重要。重要的是我们的世界是被创造的,而不是自然形成的。不管创世者是一个原子一个原子把我们的宇宙拼出来,还是用计算机模拟了一个宇宙,对人类来说这有区别吗?就好比《超级玛丽》中的马里奥,他看到的是一个方砖构成的世界,他可以走在砖头上。对他来说,这是个真实的世界。脚下的方砖是原子构成的,还是由像素构成的,对他来说是没有区别的。重要的是,量子力学似乎证明,我们的世界是被创造的,而且物理规则也是为我们量身定制的,比如光速是最高限速,时间只能向一个方向流动,等等。为了这个世界能够正常运转,一些“潜规则”是人类无法理解的,比如微观世界,反物质,暗能量,等等。

那么我们的创世者在哪里呢?小广认为是在高维空间。这样才能解释一些现象。比如量子纠缠,两个量子怎么会同时出现同样的状态?因为它们实际是一个量子。在高维空间,低维的时间和空间都是可以被改变的。如果你在纸的两边各画一个点,那么在这个二维空间,两点的距离就是纸的长度。但是三维的你可以把纸折叠,让两个点重合,这样它实际只是一个点,距离为零。所以我们看到的两个量子,实际是高维空间看到的同一个量子。同理,双缝实验中的一个粒子,也可以同时穿过两个缝隙(它们在高维空间看来是同一个缝隙)。

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