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比双缝实验更可怕的贝尔不等式检测,我们的世界是真实存在的吗?

2024-10-22科学

人啊,那可是地球上最聪明的生灵。打从人在地球上冒出来,就一直捣鼓这世界的秘密呢。这么几千年下来,人都能迈出地球去探索宇宙了,可见人在科技这块的发展速度那是相当快的。在人这老长的发展历程里,出过好些个怪里怪气的实验,这些实验能把人的三观震得稀巴烂。就说双缝干涉实验吧,这双缝干涉是咋来的呢?得从1913年唠起,那会儿波尔做了个实验,提出氢原子量子化这么个假设。后来到了1924年,德布罗意整出个物质波的概念,他寻思电子可能是一种波,还拿实验给证明了。再后来科学家发现光的运行和电子的运行是一码事,当时不少科学家就觉得电子是一种波。

可在科学界啊,有那么些科学家就觉得光纯粹是一种粒子呢。光到底算是粒子还是波啊?这事儿在科学界那可争得是不可开交。咋整呢?为了搞清楚光到底是粒子还是波,科学家就鼓捣出了个双缝干涉实验。这双缝干涉实验啊,把量子世界还有量子力学那股子诡异劲儿展现得那叫一个透透彻彻。咱正常人寻思着啊,这世间万物那都是能确定的,都能说得明明白白的,还能预测呢。就好比在经典物理学里,咱能算出物体的运动轨迹和方向,还能预测未来可能发生的一些事儿。可这双缝干涉实验,好家伙,一下子就把人类的认知给彻底掀翻了。最开始的时候,科学家在前面搁了个挡板,这挡板上有两条狭缝,挡板后面是屏幕。

接着呢,朝着挡板射光,挡板能把大部分光给挡住。光就只能从俩狭缝那儿过了。要是光就是粒子呢,那屏幕上就该是两道杠;要是光属于一种波呢,那就会出现好多道杠,也就是干涉条纹。科学家头一回做这实验后,瞅见墙上出现了明暗相间的干涉条纹,这结果就表明光啊,是一种波。后来呢,科学家又做了第二次实验。这次和头回不一样的地儿是,科学家在狭缝后头加了电子探测器,这么着就能清楚看到光子是从哪个孔穿过去的。末了,科学家发现,光子要么从左边孔穿过去,要么从右边孔穿过去,这实验结果就说明光它是一种粒子。

末了,科学家给光下了个定义,说光有波粒二象性。就这实验完了之后啊,科学家瞅出来了,光到底是波还是粒子,这跟观测的人有关系呢。双缝干涉实验要是没观测者的时候啊,粒子就处在叠加的状态。这叠加的状态往双缝那儿走的时候呢,一半会从A缝过,另一半就从B缝过。没观测者的时候,量子也是叠加状态,咱瞅见的就是粒子模样。等咱去瞧它的时候呢,就能知道它是从A缝还是B缝穿过去的。粒子的路线这一被定住了,干涉条纹就没了,这时候它就成波了。这实验就是告诉咱,观测的人能定事儿的最终结果。

嘿,这实验可不得了啊,一下子就把人类那些老传统认知给掀翻了个底儿朝天,科学家们也借着这事儿对世界又多瞅明白了几分。在量子的世界里啊,原先那因果定律可能压根儿就不存在。就因为这实验,好多科学家都忍不住嘟囔,说自己可能打根儿上就没搞懂过量子力学呢。量子力学里啊,除了双缝干涉实验够让人迷糊的,还有个更吓人的实验,就是贝尔不等式。这贝尔不等式是1964年的时候,英国一个物理学家贝尔提出来的定理。他证明了啊,要是有隐形变量存在,对两个有联系的粒子搞不同的测量,得出的相关系数就得满足些个约束条件,不管这隐形变量具体是个啥模样。可量子力学里的纠缠态呢,就不用满足这种约束条件。

量子力学里那些特性啊,自旋量子化这玩意儿,用经典物理学可太难解释喽。1935年的时候啊,爱因斯坦和波多尔斯基、罗森搞出一篇论文,叫【能认为量子力学对物理实在的描述是完备的吗?】。这论文啥意思呢?就好比有一对纠缠的粒子,把它们搁个几万光年远。你要是测量其中一个粒子,嘿,另一个粒子也跟着受影响。就说A粒子自旋朝上吧,这俩粒子是纠缠着的呀,那老远的B粒子自然就自旋朝下喽。哥本哈根那帮人觉得呢,在测量A粒子之前啊,A粒子是处于那种又朝上自旋又朝下自旋的叠加态。等你一测量,这波函数就「哗啦」一下坍塌了,就得出一个测量结果,这时候叠加态就没影了。

爱因斯坦觉得这个过程有毛病。他首先就不承认粒子的自旋状态得测量了才知道,这哪符合物理实在性啊?粒子的状态打一开始制备出来就该是确定的呀。就好比咱们的地球,难道咱一闭眼,地球就没了?爱因斯坦觉得自旋状态早就定好了。不管A和B离得多远,只要其中一个粒子被观测到,另一个粒子也能被观测到,就跟一双鞋似的,把它们一个放地球,一个放火星,要是地球上的鞋是左脚穿的,那火星上的鞋肯定是右脚穿的。在当时啊,哥本哈根学派和爱因斯坦学派就一直争这个事儿。

这问题啊,之前就一直搁那儿撂着,咋都解决不了。嘿,直到贝尔冒出来了,弄出个特有名的数学不等式。简单讲哈,要是实验结果跟贝尔不等式对不上,那定域实在性就像纸糊的一样,一下子就破了,这就表明爱因斯坦错喽。贝尔不等式推导是这么个事儿啊:Ax Ay Az Bx By Bz,+ + + - - - 这情况出现的几率设为N1,+ + - - - + 呢……就设是N2,+ - + - + - 这就……N3,+ - - - + + 这就是……N4,- + + + - - 就设为……N5,- + - + - + 这算……N6,- - + + + - 这定为……N7,- - - + + + 这就设成……N8。假设Pxy是啥意思呢?就是粒子A在x方向上和粒子B在y方向上的协作性,要是一致呢就为正,不一致就为负。这么一来呢,Pxy就等于 -N1 -N2 +N3 +N4 +N +N6 -N7 -N8。

一样的理儿,Pzy就等于 -N1加上N2再加上N3减去N4再减去N5加上N6又加上N7减去N8,Pxz呢,等于 -N1加上N2减去N3加上N4加上N5减去N6加上N7减去N8。那|Pxz - Pzy|就等于 |-2N3 + 2N4 + 2N5 - 2N6|,这又等于2|(N4 + N5) - (N3 + N6)|,这个数肯定是小于等于2[|(N4 + N5)| + |(N3 + N6)|]的。为啥呢?因为啊,所有出现的概率加起来是1,就是说N1加上N2加上N3加上N4加上N5加上N6加上N7加上N8等于1。把这个式子往上面那个式子里头一带,就能得出|Pxz - Pzy|小于等于(N3 + N4 + N5 + N6)+(1 - N1 - N2 - N7 - N8),这就意味着|Pxz - Pzy|小于等于1 + Pxy。得嘞,贝尔不等式一出现,就证明爱因斯坦错喽。在贝尔不等式里啊,有三个概率值,分别是Pxz、Pzy,还有|Pxz - Pzy|,这个|Pxz - Pzy|呢,就是求两个概率差值的绝对值,绝对值嘛,就是把负数变成正数,正数就还让它是正数,这样才能保证最后结果是正数。

这个不等式的意思可简单了,就是两个概率差值的绝对值呢,得小于或者等于1加上第三个概率值。贝尔不等式啊,能让人类拿来区分宏观世界和微观世界,就好像给这俩世界下了个特清楚的定义似的。最后啊,贝尔不等式证明了量子力学是对的。量子力学和相对论在科学界那可是两大顶梁柱呢。贝尔不等式不光能证明量子力学有多重要,还让好多人都开始怀疑这个世界是不是真的。咱这世界到底是不是真存在啊?科学家们现在正积极研究这个事儿呢。要是观测者能改变事物最后的结果,那咱这世界说不定就是虚拟的。为了搞清楚世界是不是真的,科学家们可做了不少研究呢。

科学家让超级计算机吭哧吭哧干了2000万个小时,嘿,总算弄出个虚拟世界来。这模拟可不得了,从138亿年前宇宙大爆炸就开始了。在这个模拟实验里啊,宇宙诞生就不用说了,什么宇宙现象、宇宙物质,还有那些宇宙定律,全都能模拟出来。科学家琢磨着,要是把时空、时间这些概念加进去,那就能瞧见一个完完整整的虚拟宇宙,还能看到宇宙打诞生到现在是咋变的。就现在人类这技术,都能大概鼓捣出个虚拟宇宙了。那要是宇宙里有高级文明,人家是不是有那本事,干脆造个真宇宙出来呢?

好些科学家琢磨啊,人类说不定就活在一个假模假式的世界里呢。你瞧啊,现在人类的技术能耐,都能捣鼓出一个特别完美的虚拟世界了。这么一来啊,虚拟世界和现实世界之间的那道界限就越来越分不清了。更让科学家觉得神了的是,马里兰大学有一帮搞研究的,在研究弦理论的时候发现,咱们这个世界里好像有能纠错的代码。这代码和咱们现在网络里用来纠错的代码可像了。就这些事儿,都能说明啊,咱们这个世界搞不好就是虚拟的。在微观世界里啊,那种虚拟世界的感觉就更明显了。每一片叶子、每一个小得不能再小的物质,那都是一个完整的小世界呢。在这些小世界里啊,有好多原子、分子、夸克啥的。

咱这地球在宇宙里呀,会不会就跟原子似的,小到根本瞅不见呢?这就好比咱人身体里有老多细胞和微生物了。说不定地球就是宇宙里的一个细胞,地球上的生物呢,就是比细胞还小的病毒。现在人类能观测到的宇宙直径都有930亿光年了,可这还不是宇宙的全貌呢,宇宙没准比咱们想的还要大得多。要是把宇宙当成一个超级大的生物体,那咱们不就成了宇宙里的细胞或者微生物嘛。宇宙外边到底啥样儿呢?科学家到现在还在使劲儿研究呢。在咱现在这个世界里,虚拟世界是真有,就像人类设计的游戏呗。我估摸不少人都玩过游戏,在游戏世界里,人物都是按照设好的剧情和任务发展的。

人啊,游戏对咱们来说那就是个虚拟的地儿。可游戏里的那些家伙呢,它们压根儿就不知道自己在虚拟世界里呀,还觉得自个儿的世界千真万确呢。咱现在也一样啊,人也搞不清自己是不是就在个虚拟世界里头。毕竟啊,科学家到现在都还没在宇宙里找到啥BUG呢。小编觉着啊,真要想弄明白咱们这个世界,那就得走出宇宙才行,那样才能瞅见宇宙的全貌。就现在,人的飞行速度连太阳系都飞不出去,还飞出宇宙呢,想都别想。眼巴前儿啊,确实有不少没个准儿的东西,咱们对世界上物质的了解也不全乎儿。在咱们这个宇宙里,肯定还有好多人类还没发现的神秘玩意儿呢。

就像暗物质啊、反物质呀、暗能量之类的,现在科学家可都在积极地找寻这些神神秘秘的玩意儿呢。咱人类呢,是宇宙的产物,在宇宙里就跟一瞬间似的存在。对于宇宙来讲,任何天体的死活那都没影响,就好比咱踩死只蚂蚁,地球该咋转还咋转一样。不过小编觉着啊,人类既然能当上地球上最聪明的生命,而且在短短几千年里就已经能走出地球探索宇宙了,这就表明人类科技发展的速度那是相当快的。只要人类能一直这么坚持努力下去,以后随着科技进步,保不齐人类就能把宇宙的奥秘给解开了呢。哎,大家说说看,咱们这个宇宙是不是虚拟的呀?