量子力学完全撼动了人类的基本直觉

爱因斯坦可能认为人类的直觉是我们最大的天赋,但是随着科学的发展,直觉并没有多大帮助。 您会惊讶地发现,有些科学实验甚至使我们一些最基本的直觉被完全违反了,因此我们很容易在日常生活中将其视为理所当然。

让我们讨论一下您很容易涉及到的3种人类直觉 。 从技术上讲,它们被称为-

  1. 对象永久性
  2. 现实主义
  3. 局部性因果关系

这个术语听起来有点不知所措,好像有些书呆子般的东西即将来临。 但说实话,他们很容易理解,甚至可以告诉一个年轻的学童。

我们大多数人对这些术语感到不舒服的唯一原因是,因为没有人愿意教给我们有关这些术语的信息,非常方便地认为我们已经理解了它们,因为它们毕竟是我们直觉的一部分。 也就是说,我们在家的老师和长者,每个人都认为这三个想法非常直观,以至于我们甚至不需要了解它们,它们就像人类一样自然地出现在我们的脑海中。

好吧,到目前为止,您可能很想知道这些术语的真正含义,以及如果它们如此简单易懂,您怎么也从未遇到过。 因此,让我们开始吧!

您可能已经与婴儿和幼儿玩过“ Peekaboo ”。 这是一个简单的游戏,您用手遮住婴儿的眼睛,使他/她无法看到您,然后突然您将手移开,让他/她再次看到您。 宝宝笑了! ( 或者哭泣,如果不是特别运动的话 )但是你明白了。

现在想想-
是什么让婴儿笑? 为什么这个游戏对他们那么有趣?
答案很简单。 当您遮住婴儿的眼睛时,婴儿开始相信您已经走了,您已经消失了。 一旦您移开手,婴儿就会相信 您只是凭空出现的。 这对于婴儿来说很有趣。

你曾经就是那样! 但是到了12个月大时,您已经建立了

一种 直觉 ,即使您不看物体和人(当然)也能保持它们的存在

当物体隐藏在窗帘后面时,您仍然倾向于伸出手,坚信您会在窗帘后面找到它们。 那就是您显示“ 对象持久性 ”的最早迹象。 而且,无论您是否看着它们,这种对象永久存在的想法都将很快地深深地嵌入您的内心。 如此之大,以至于当您年纪大了时,您再也不会质疑它。 出于同样的原因,也没有人会质疑您的直觉。

希望您现在已经在自己的体内发现了这个直觉数字1 ,让我们继续下一个。

这有点类似于我们对对象持久性的直觉。 现实主义意味着-

大自然独立于人的思想而存在。 (资源)

即使不测量其值,对象的属性(例如其质量,位置或动量等)也是真实的。

好的! 这听起来有些荒谬和令人困惑。 因此,让我们通过一个例子来理解这一点。 无论您现在身在何处,都必须闭上眼睛,然后想像一下,背后有一只苍蝇在嗡嗡作响。 假设我们现在甚至没有您的听力。 因此,您无法以任何方式看到,听到或触摸苍蝇(无法测量)。

大问题!
考虑到身后有只苍蝇,您是否只是在想像它有速度? 还是它实际上(“现实中”)具有移动的速度?

如果您花一些时间将其内部化,您将意识到,对于某个人来说,这甚至是一个深远的问题。 只有能够完全脱离直觉,甚至不再理所当然地相信自己最基本的信念的人,才能提出这样一个激进的问题。

那么我们的问题的答案是什么? 相信“ 现实主义 ”的人们会说,这不仅在我们脑海中,苍蝇实际上以某种速度运动。

您可能以为这太荒谬了,很明显,果蝇实际上必须具有一定的速度。 但是话又说回来,这恰恰是您必须了解的,这个想法是如此基础,如此直观,以至于我们认为这是理所当然的,我们认为它“如此明显” 。 如果不是,该怎么办!? 如果我们只想到这个现实世界 ,该怎么办? ( 请记住电影 《黑客帝国》 。角色 Neo 曾经认为计算机生成的人造世界称为“黑客帝国”是真实的,直到他拔下电源。

但是,让我们在这里不要迷路。 让我们回到您的听力上,继续进行第3号直觉

相对来说,这两个更容易理解,而不是令人费解。

本地性的概念说-

对象仅受其周围环境直接影响。 (资源)

好吧,这是可以理解的。 如果我们想象有人站在队列中,而最后一个试图将队列向前推进的人,那么他的推动只会影响紧随其后的那个人。 队列中的第一个人不是直接从最后一个人那里收到推送,而是从队列中的第二个人那里收到推送。 在我们日常生活中的大多数事件中都观察到类似的情况,例如,声波在空气分子中的传播,热量在分子之间的传递等。

爱因斯坦非常仔细地考虑了本地性这一有趣的结果,称为“ 因果关系 ”。 因果关系在他的大多数理论中都被视为假设。

因果关系的概念是:

这种影响不可能在其原因之前发生。 而且,由原因造成的影响的传播速度不能超过光速。

可以将因果关系视为局部性的结果的原因是,因为我们认为一个对象仅受其周围环境的影响,因此从对象到对象的传播速度因此自动受到限制,并且根据爱因斯坦的相对论,此速度不能快于光速。 为什么效果不能比光快地传播,这是另外一次讨论。

在这一点上,重要的是要意识到我们已经非常直观地考虑了局部性和因果关系。 以理所当然的方式 我们几乎总是意识到这种效果需要花费一些时间才能传播。 即使效果是瞬时出现的,从直觉上我们也意识到存在一些时间延迟。

例如, 单击远程按钮(原因)后, 电视频道 的影响就会 改变 。 它看起来很直接,但是我们内部意识到这两个事件不是同时发生的。 而且,在单击按钮之前可以进行频道更改的想法是完全没有疑问的。 凭直觉,我们认为,只有在原因之后才能产生影响。

希望您现在已经与您体内的这三种基本人类直觉保持紧密联系。 因为它的时间,我们讨论了量子世界如何彻底打破这些直觉。

如果您对量子物理学完全陌生,那没什么大不了的。 它只是在研究事物在电子等亚原子粒子(量子世界)世界中的行为。 量子物理学包括科学家已经建立或正在致力于解释这个小世界中各种现象的各种理论。 这是面向量子物理学初学者的出色指南-

量子叠加与纠缠

在本指南中,我们试图了解在…中起作用的怪异物理学。

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在不深入探讨其原因的情况下,这是量子世界中怪异的现象,这些现象使我们的直觉受到侵犯。

  1. 当不被观察时,粒子(如电子)可能存在或可能不存在于特定位置。 当不被观察时,它们可能存在于一系列可能的位置。 但是,一旦使用设备(如屏幕)观察或测量了粒子,它们就会在许多可能的位置中占据一个确定的位置。
    违反行为与我们通常的宏观世界不同,在我们的宏观世界中,我们对“ 物体持久性 ”的 基本直觉 使我们相信该粒子应该存在于我们上次看到它的位置。 当我们不查看它时,它不能在多个可能的位置。 但是,只能通过考虑粒子在未观察到时的行为像概率波来解释在双缝实验中由粒子产生的在屏幕上观察到的波状干涉图。 这是完全不直观的!
  2. 当不被观察时,粒子对于每个属性(例如位置,速度,动量,自旋等)具有一系列可能的值。 当观察或测量时,这些特性占据了一系列可能值中的一个确定值。
    违反行为与我们的宏观世界不同,在宏观世界中,我们对“ 现实主义 ”的 直觉 使我们相信,粒子在不被观察时必须对其每个属性具有确定的单个值。 就像苍蝇有特定的速度,即使我们不在。 它的速度不是想象中的概率波,而是根据我们的直觉,这是一个非常真实而具体的数字。 但是,在量子世界中,实验告诉我们,如果不观察粒子的每个属性,便是具有多个可能值的概率波。
  3. 我们观察到,即使当系统被拉伸(粒子彼此分离)时, 纠缠的粒子系统的波函数(概率波)的崩溃效应也同时发生而没有任何延迟。宇宙中很远的距离。 立即在每个粒子的各个位置看到崩塌效果。
    违规这违反了我们对位置和因果关系的直觉概念,即效果传播的速度不能超过光速。 但是在这里,一旦在相隔很远距离的另一端进行测量,纠缠系统中的粒子立即崩溃为一种特定状态。 这甚至已经被证明是通过实验实现的。

到现在为止,您可能已经意识到,量子世界真的很奇怪,并且多年来困扰着科学家的原因是,量子领域的实验违反了我们的正常日常直觉。 尽管许多科学家已经接受了量子粒子这种非直觉的本质并接受了解释这一挑战的挑战,但包括爱因斯坦在内的一些著名科学家对量子理论仍持严重保留意见(例如哥本哈根解释)。

无论多么不直观,量子力学无疑已经开辟了广阔的科学新领域,并为我们提供了一种新的视角来挑战和质疑我们所感知的现实。


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