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如何超過光速?穿墻!

2024-02-27科學

量子竟然會穿墻術?而且穿墻的時候可以超過光速?沒錯,這就是量子穿隧現象,這是一篇腦洞文,因為太科學的內容非常燒腦,我說不出來,所以換個方法來說,首先說一個很多人的猜想:「宇宙是電腦上執行的程式」,設計原理和我們玩的3d遊戲有些類似。

玩過3d遊戲的經常會看到,你的遊戲人物的一部份會穿過墻壁或衣服,如果你玩的是劣質遊戲中,這種現象司空見慣,因為劣質遊戲裏面的,人物的實際模型就是一個立起來香腸,身上的一切裝飾都是虛的,並沒有建立碰撞模型,自然會穿過任何障礙物,但這種穿模不是我今天要說的。

今天要說的是很精致的3d遊戲中的穿模現象,即便是經典大作,你也會看到細微的穿模現象,這裏就得說一下碰撞檢測演算法了,檢測兩個球體碰撞最簡單的方法就是用他們中心點之間的距離減去他們各自的半徑,看結果大於0還是小於0。我們知道我們的現實世界的物質細分到最後都是一個一個球形粒子,遊戲裏面也是一樣,檢測碰撞也就是檢測一個又一個細小的球形粒子的距離,如果粒子比較少只有A,B,C幾個,只需要計算(A和B,A和C,B和C),但是如果有一千個粒子呢?那就是1000!/2的計算次數,這對電腦的算力要求就非常大了,所以為了最佳化演算法,小粒子就不計算了,只計算大粒子,或者聚集在一團的小粒子合並成大粒子去計算,所以,你會看到,即便再精致的3d遊戲,也沒辦法在細節地方做到避免穿模。

而量子穿隧現象就是我們現實世界的穿模現象。先解釋一下什麽是量子穿隧:

量子穿隧效應(Quantum tunneling effect)指的是,像電子等微觀粒子能夠穿入或穿越位勢壘的量子行為,盡管位勢壘的高度大於粒子的總能量。在經典力學裏,這是不可能發生的,但使用量子力學理論卻可以給出合理解釋。

這是非常官方的解釋,一般人看不懂的,我就簡單說吧,這就是量子穿墻了。有興趣了解量子穿隧科學解釋的可以看下面這張圖,沒興趣的跳過。

按照我的想法,這就是宇宙碰撞檢測演算法精度不夠導致細小粒子穿模了,如果宇宙的碰撞檢測演算法可以把精度提升到普朗克尺度,那就不會出現量子穿隧這種現象。

但為什麽量子穿隧會超光速呢?下面開始正式進入主題:

作為程式設計師,我們總是在想辦法提升程式的效能,所以會很自然地會想到碰撞檢測演算法是非常消耗電腦算力的,因為程式每執行一幀,它都需要計算一次碰撞,浪費大量的算力,該怎麽最佳化呢?那我們是不是可以考慮不每幀去檢測,我們10幀檢測一次不行嗎?那如果有兩個粒子在第9幀的時候碰撞到了怎麽辦?好辦,第10幀檢測碰撞的時候,把它們按照一定的演算法分開就行了。但是有個問題,一個粒子在第9幀的時候跑到墻壁裏面去了,第10幀我們的演算法把它弄出去的時候,它可能會在一幀時間裏移動了一段很長的距離,很可能會超過我們遊戲限制的最大速度,但是沒辦法,這種小粒子的一點小bug我們就不計較了吧,反正不影響遊戲正常運轉,畢竟這個演算法讓我們的效能提高了10倍,權衡利弊之下,這個小bug就留下了。當然還有折中演算法,就是小粒子10幀檢測一次,更小的粒子100幀檢測一次,而大粒子每一幀都檢測。

所以對應到現實世界,我們就發現量子穿隧的時候,它有可能超過光速。科學家說它沒有資訊傳遞,所以不算違背相對論,好吧,我們還是要相信科學的。但因為科學太難聽懂了,所以我們可以用自己的方式去理解它。

到這裏可以得出一個猜想的結論,如果宇宙的碰撞演算法可以在空間精度上達到普朗克尺度,在時間精度上也達到普朗克尺度,那麽量子穿隧現象就不存在了。

前段時間量子纏結現象在網絡上火爆討論的時候,有很多網友問:我不停撞墻有多少機率可以穿過去?看了我的文章你應該知道答案了,像你這麽個大家夥,穿墻的機率是0。除非你能夠把自己縮小到宇宙演算法的空間精度以下,然後速度足夠快,墻壁足夠薄,運氣足夠好,就可以在演算法檢測的間隔時間內穿到墻壁的另一邊,即便你到了檢測時間間隔還在墻壁裏面,碰撞演算法也把你弄到另一面出去。

所以上面這張圖裏面告訴我們,穿隧花費的時間相等,因為我們宇宙的碰撞檢測演算法的時間間隔是相等的,而且墻壁厚一點也沒關系,只要到了碰撞檢測時間,你都會從墻壁裏面出去,只是有兩個可能:要麽穿過去了,要麽沒穿過去。而厚的墻壁反射回來機率更高,薄的墻壁穿過去的機率更高。反正到了碰撞檢測時間,你就得出來。

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