有一种物理学理论,几乎没有人能够真正理解它,但它却给我们的世界带来了难以描述的变化,它就是量子力学。

从诞生以来,量子力学就一直在将困惑带给人们,时至今日也没有人能够弄懂为什么当试图测量量子效应时,量子效应就会消失,为什么观测会影响到实验的结果。还有那只被薛定谔关在箱子里的猫,明明是处于一种即死又活的叠加态,但是我们却永远无法测量到这种状态,因为只要我们试图打开箱子去测量这只猫,那么它马上就会塌缩为一种确定的状态,要么死,要么活。

如此看来,量子力学诞生以后,人类所面临的困惑更多了,于是反对量子力学或者抱怨量子力学的人从来就没有消失过,但我们又不得不承认,如果没有量子力学,那么也就没有我们今天的一切。

很多人可能并不知道,如果没有量子力学,那么现在我们根本不可能划着手机来阅读这篇文章,因为没有量子力学,也就没有触摸屏,甚至不会有计算机。

而人工智能技术与我们一刻也离不了的WIFI就更不可能诞生了,更不可思议的是,LED也不可能出现,人类的医学水平将在现有的基础上倒退一个世纪。一方面,量子力学给人类带来了数之不尽的困惑,另一方面,量子力学又给人类带来用之不竭的瑰宝。作为普通人的我们,可以不去关心单个粒子的位置为何无法测量这种烧脑的问题,但物理学家们就不能对此无动于衷了。世界上的一切物质都是由基本粒子所构成的,而量子力学用波函数来描述基本粒子,也就是说波函数描述着世间的一切,无论宏观还是微观,一切都可以表述为量子行为。

还是那个问题,既然量子力学带给我们这么多,为什么它又存在着如此之多的困惑呢?

其实量子力学没有错,它也并没有带给我们什么困惑,一切的困惑都是源于我们的理解,是我们没有理解量子力学,又或者说我们没有找到理解量子力学的正确方法。我们无法确定单个粒子所处的位置,我们只能用波函数来描述它,在任何时候,一个粒子所处的位置都是完全随机的。

而这与宏观世界的一个问题很像,那就是掷骰子,掷骰子自任何情况之下都是一个随机的事件,没有人也没有任何方法可以准确预测筛子所投出的点数,那么,量子力学是否与掷骰子是一回事呢?一些相信隐变量存在的科学家的确认为两者是一回事,他们认为量子力学的随机性和掷骰子的随机性都不是本质上的概念。

掷骰子之所以是一个随机事件,并不是因为它真的随机,而是因为其中存在着太多的隐变量,我们无法预测掷骰子的结果,是因为我们无法得知全部的信息。

比如掷骰子的结果和我们手部动作的微小变化存在着联系,与空气流动速度存在着联系,与桌面每一个落点的粗糙程度存在着联系,而我们无法知道全部的信息,所以掷骰子就变成了一个完全随机的事件。量子力学也是如此,我们无法测量单个粒子所处的位置,很可能是因为其中存在着大量的我们不知道或者无法知道的隐变量,而如果我们可以知道这些隐变量,那么量子力学也就不再是一个随机的问题。不过这似乎没有意义,因为掷骰子所蕴含的隐变量就已经是我们无法收集和理解的范畴,就更不要说量子力学了。

大约在半个世纪以前,曾出现过一个可以帮助我们理解量子力学的理论,它就是超决定论。

超决定论的核心思想是:宇宙中的一切都与其他一切有关。举例来讲,你和我可能与千里之外某颗树上的一只虫子存在着某种未知的联系,这种联系使我们与其之间会产生相互影响。我们可以将宇宙比喻为一所房子,在房子空着的时候,我们可以在房子里放置任何一样东西,但当第一个东西被放入房子中后,之后再放入任何东西就不再是随意的,因为它会与房子里已经存在的东西产生联系和影响。

超决定论可以让量子力学变得很好理解,很多困惑我们的问题都会迎刃而解,比如测量会影响到实验结果的问题,因为宇宙中的一切都不是独立的,所以粒子和测量设备之间并不是相互独立的,它们之间存在着某种相互作用。当然,因为缺少研究和证据,超决定论并不被大多数物理学家所接受。

为什么无法测量单个粒子的性质?理解量子力学,需要找到一个方法

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有一种物理学理论,几乎没有人能够真正理解它,但它却给我们的世界带来了难以描述的变化,它就是量子力学。