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微观世界是不确定的 宏观世界又都是确定的 世界的本质是什么?

时间:2019-10-05 08:28:03

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微观世界是不确定的 宏观世界又都是确定的 世界的本质是什么?

科学越是进步,就越有更多的问题和困惑得到解决与消除,但在这一过程中,问题和困惑的总量并不是变少了,而是变多了。

科学越是发展,人类对于世界本质的认识就越是感到困惑,特别是在量子力学出现之后,困惑就始终没有离开物理学家们的大脑。量子力学其实是一个非常有趣的东西,纵观人类的科学发展史,毫无疑问,量子力学是迄今为止可以通过实验进行证明的最为精确的物理理论,但讽刺的是这种最为精确的物理理论的本质竟然是随机的。

既然是随机的,那又如何能够称之为精确呢?这是因为量子力学的本质虽然是随机的,粒子所处的位置是无法确定的,但是用于描述量子力学波函数演化的方程之中并没有不确定的成分,这个波动方程就是著名的薛定谔方程。

量子力学作为一种基础理论,我们平日虽然接触不到,但是我们所使用的大多数科技产品之中都能够找到它的影子。

如果没有量子力学,那么迄今为止我们对于原子以及原子核的认知可能还处于一片空白的状态,对于超导现象也无法理解,我们现在所使用的很多高科技产品也都将不复存在。所以,没有人质疑量子力学波动方程的正确性,也没有人质疑有关量子力学的实验结果,科学家们质疑的是量子力学的内涵。

这就好比,你吃到了一盘美味的大餐,而主厨告诉你这道菜之所以美味是因为在其中放置了蚝油。你并不质疑大餐的美味,也并不怀疑主厨的技艺,你质疑的是蚝油在其中的作用,你并不认为蚝油的添加是大餐美味的原因。

科学家们对于量子力学的质疑主要就在其随机性上。

在宏观世界,一个小球的运动轨迹是确定的,将一个小球在每一个时间点所处的位置连接起来就成为了一条线。而微观世界并非如此,根据波函数的描述,粒子在同一时间空间中的每个位置都存在着数值,也就是说一个粒子同一时间弥漫在整个空间之中。

当然,这是不可能的,所以量子力学将波函数解释为了概率波,也就是同一时间粒子可能出现在空间中的任意一点,不同的位置拥有不同的概率,但其具体出现在哪里是无法确定的。以波尔为首的哥本哈根学派的科学家们对于量子力学的不确定本质是深信不疑的,他们认为世界的本质就是不确定的。而以爱因斯坦为首的另一派科学家则始终对此持有反对意见。

爱因斯坦认为上帝不会掷骰子,世界的本质一定是确定的。

在宏观世界之中,不确定性是不存在的。在宏观世界中你是找不到真正的随机事件的。比如当我们投掷硬币的时候,到底是正面朝上还是背面朝上,实际上并不是随机的。我们以为这个事件是随机的,是因为我们对于投硬币时的力度、发力的角度、空气的流动干扰等数值没有精确的认知,如果我们能够知道这些精确的数据,那么我们完全可以准确计算出硬币的朝向。

用爱因斯坦的话来说,就是我们之所以为认为某件事是随机的,是因为我们没有了解到这件事情之中全部的“隐变量”。宏观世界真的不存在随机和概率吗?是的。再举一个例子,一个人走在街上被楼上掉下的花盆砸死了。这是不是随机事件?不是,这个事件从这个人出生的时候就已经确定了。

如果我们能够知道全部的“隐变量”,那么我们就能够在这个人出生的时候预知到他被花盆砸死的事件。

简言之,我们如果了解了世界上每个人所有的行为数据,那么我们就能够计算出某个人最终一定会养花,一定会在某时撞掉那个花盆,而某人又一定会在那个时间出现在那个地方被花盆砸到。但事实上我们无法得知所有的数据,所以这就成为了一个随机时间。但事件的本质并不是随机的,只是我们无法完全认知这个事件所涉及的全部“隐变量”而已。

​既然宏观世界不存在真正的随机性,那么为什么量子力学所描述的微观世界是随机的呢?本质上随机的微观世界又如何能够与完全确定的宏观世界相连接呢?正是基于这一点,爱因斯坦始终认为量子力学的随机性是源于对“隐变量”的认知不足。但后来出现的贝尔实验却无数次否定了爱因斯坦的理论。如果说宏观世界的确定性和微观世界的随机性都是正确的,那么只能有一种方式将二者结合起来,那就是将微观世界的不确定性描述为一种叠加态。粒子始终处于一种“既在这又在那”的叠加态,而当我们观察它的时候,它则通过波函数坍缩成为一种确定的状态。

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