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爱因斯坦对量子力学不确定性为何如此厌恶?它颠覆了人类的世界观

2024-04-28科学

作为量子力学的奠基人之一,爱因斯坦其实并不质疑量子力学,他质疑的只是量子力学中的不确定性,看起来完全颠覆人们传统认知的诡异现象。

我们生活在宏观世界,这里的一切可预测的,可描述的,也是确定的。爱因斯坦坚信,我们的世界是「实在的」,他也是「实在论」的代表人物。

何为「实在论」?简单说就是确定的,可以用一套大自然法则描述万物的运动规律。比如说我们抬头看月亮时,看到月亮就在那里,不会在其他地方。同时,根据月亮的运动规律,我们可以推算出月亮在下一时刻的位置和速度。

但是,在陌生的量子世界里,一切都大为不同,那里有截然相反的大自然法则,完全颠覆了我们的传统认知和世界观。

在量子世界里,我们无法同时测量一个微观粒子的速度和位置,这就是量子力学不确定性原理。这就意味着,我们不可能对微观粒子的具体运动做出准确的判断。

还拿月亮打比方,如果月亮位于量子世界,那么我们就无法知道月亮到底在哪里,因为月亮的位置和速度是不确定的,它好像在某个地方,但又可能同时出现在另一个地方,甚至月亮可能无处不在。

当你想通过观测看看月亮到底在哪里时,月亮就会从无所不在的状态「坍缩」为你看到的状态,你就会感叹:原来月亮在那里啊。

而当你停止观测,月亮的状态再次飘忽不定,随机出现在任何位置。

通俗来讲,量子世界的一切都是不确定的,只能用概率去描述,这就是所谓的「概率波」,微观粒子的行为就好像「波」一样,它们无处不在,通过求解薛定谔方程,得到的波函数就是微观粒子的具体状态,波函数的具体含义就是概率波,我们只能确定微观粒子的某个位置出现的概率是多少。

也就是说,量子世界的一切都是由概率决定的,都是随机的。这种不确定性让爱因斯坦无论如何都难以接受,他认为世界不应该如此,不应该如此疯狂。

用我们所在的宏观世界来打比方,就明白量子世界的不确定性到底有多疯狂了。你正在过马路到马路的另一边,穿过马路之后,你肯定会出现在马路另一边,这是非常确定的事情。但是如果我告诉你,你有一定概率出现在火星上,你是不是会认为我疯了?

但是按照量子力学的不确定性来诠释,你的确有一定概率出现在火星上,然后再次出现在地球上,只是这种概率非常低,需要等极其漫长的时间,可能等到宇宙毁灭都不会发生这种情况,但理论上的确存在。

作为量子力学的鼻祖之一,与牛顿一样,爱因斯坦认为我们生活的世界应该是清晰而明确的,我们应该知道在任何时候任何地方发生的事。但量子力学的随机行为和概率论彻底颠覆了我们的传统认知。

爱因斯坦认为,量子世界之所以会表现出如此诡异的特性,是因为某种隐变量的存在,人们只是还没有发现隐变量,所以量子世界才会显得如此奇特。

不过,在量子力学诞生之后的数十年里,越来越多的证据表明,不确定性的确是量子世界的固有属性,所谓的「隐变量」是不存在的,起码目前未知是这样的。最重要的是,量子力学中看起来非常诡异的现象,比如说量子纠缠,量子隧穿效应等早就应用在我们日常生活中,这就是最大的说服力。

或许,爱因斯坦真的错了,世界的本质就是由概率决定的,我们就生活在一个不确定和随机的世界。只不过这种随机行为只会体现在量子世界,虽然理论上也会出现在宏观世界,但出现的几率非常低,以至于现实中不可能出现,或者说需要等待极其漫长的时间才会出现,等到宇宙毁灭了也不会出现一次。

另外需要强调一点,量子世界的随机是真随机,与我们现实世界的随机行为有着本质不同。因为现实世界里的任何随机事件其实都是「伪随机」,并不是真正的随机。任何看起来像是随机的事件,其实都暗藏着某种必然。

就好比掷骰子,看起来是随机事件,其实不然。理论上只要我们能准确获取掷骰子的力度,角度,还有当时的风速,空气摩擦力,湿度,地球重力的影响等等条件,一定可以计算出最终掷骰子的点数。

游戏世界里掉落的各种装备也并非是真正随机的,就连让你随口说出任意一个数,其实也不是随机的,都有某种程度的必然性。

这就是量子力学的诡异性,完全颠覆了人们的世界观,以至于我们禁不住怀疑:人类生活的世界到底是不是真实的世界?