今天的量子力学已经是神一样的存在,几十个处于叠加态的量子比特的计算能力号称已经超过了经典电子计算机几十上百亿个电子管计算能力的千百亿倍。叠加态就是神奇的力量倍增器,是量子力学神奇的源泉。但是,量子力学真有这么神奇吗?真相往往土的掉渣。

现实中类似的例子很多,例如,火箭、导弹、坦克尺寸不可以任意扩大,只要是需要方便铁路运输的设备的尺度寸都有一个上限,一个尺度瓶颈。为什么呢?追根溯源,这些设备的尺度上限源自于两匹马屁股的宽度。同样,量子神奇的叠加达态来自于一个实验的解释。

1801年,民科托马斯-杨医生设计了一个简单的实验,他在一张硬纸板钻了一个孔,第二张纸板上钻了两个孔(后改为狭缝),光穿过单孔和双孔(双缝)后会在第三张纸板上显示出干涉条纹。这就是著名的双孔(双缝)干涉实验。光是粒子还是波,波动说和粒子说争论了100多年,双缝干涉实验毫无异议的证明光是波。第二次波粒之争以波动说胜利为结束。继而,麦克斯韦将光、电、磁统一为电磁波,经典电动力学由此建立。到目前为止,人类电子科技仍然建立在经典电动力学的基础上(其他所谓先进理论还在为简单的应用而奋斗)。这简单的双缝干涉实验是物理学的分水岭,具有划时代的意义。它也是一座“鬼门关”,所有粒子说的理论至今无法无法逾越这个关口。

1900年普朗克提出辐射并非连续,而是一份一份的能量子。能量子是什么?波动说和粒子说的“战争”再次爆发。普朗克认为量子是并不连续的电磁波,并提出“万物皆是波”。而沉寂100年的粒子说卷土重来,认为量子是实实在在的粒子(爱因斯坦首先提出光是光量子)。

双缝干涉实验证明光是波,如果认为光是粒子,就绕不开这个简单的实验,必须提出自洽的解释来证明光是实实在在的粒子。

如果光是粒子,必须回答两个问题:

1.是一个光粒子如何同时通过两条狭缝?

2.一个光子如何产生干涉条纹?

第一个问题就难住了粒子说的学者。怎么解释一个粒子同时穿越两条狭缝…呢?

玻尔领导的哥本哈根学派提出了他们的解释:当我们不进行观察(注,最初不是观测)时,单个光子将会同时从两条狭缝穿过。而有智力的观察者观察时,光子将选择一条狭缝穿过。不观察时,光是经典的波,一旦有智力的生物观察时,光就是实实在在的粒子,只选择一条狭缝通过。世界的存在依赖于一个观察者。

美籍匈牙利物理学家冯-诺伊曼支持哥本哈根诠释,他进一步提出观测导致波涵数坍塌,在不观察时,光处于是波和粒子之间的叠加态。一经有智力的生物和观测装置的观测,量子将摆脱叠加态成为物理的实在。

薛定谔觉得这套逻辑很搞笑,因此提出著名的“薛定谔的猫”悖论,即在不观测时,猫处于不死不活的叠加态。只有在观测之后,猫才会出现一个是死是活的确定状态。请注意,“薛定谔的猫”是质疑量子力学叠加态的假设,而不是为量子力学奇异性“背书”的思想实验。

冯-诺伊曼的观测导致波涵数坍塌存在一个逻辑漏洞,根据所谓的“观察者效应”观测装置本身也需要另一个观测者的观测才能得出确切的结果,而这个观测装置又需要另一个观测装置来观测上一个观测装置以得到确切的结果,这样推导下去,永远也没有尽头,永远也不会有确切的观测结果。导致出现一个逻辑怪圈---“冯-诺伊曼无限复归”(所有量子力学的支持者都应该反思)。

薛定谔的猫的观测装置也需要另一个观测装置来验证,结果,有了观测者,猫还是不知是死是活。

冯-诺伊曼的朋友维格纳提出了一个解决办法,维格纳请一位朋友坐在装猫和实验装置的盒子里来盯着薛定谔的那只猫,看它什么时候死,什么时候活。别笑,这是思想实验!

问题来了,维格纳的朋友和猫坐在盒子里,外面的人仍然不知道猫的是死是活,连这位朋友是死是活也不知道。站在外面吃饭的观察者也需要另一个观察者验证。有智慧的观测者需要将观测结果告诉其他人才有意义(不然世界无法保持同时性!),

这么多聪明的人又掉进了另一个大坑。这就是“维格纳的朋友”解释。这个解释仍然没有逃脱“冯-诺伊曼的无限复归”陷阱。

观测导致波涵数坍塌需要一个观测者,这种“人择原理”必然导出“神择原理”,宇宙非常广阔,如何保证宇宙每个角落同时保持存在(同时性)呢?结果只能请万能的神来帮忙了!

宇宙是客观存在的,不会因为某个井里的某只青蛙的意志来改变。

如何摆脱这个讨厌的观测者呢?

费曼想了一个“办法”,路径求和解释:1‘颗’光粒子通过无数条路径到达双缝,只要同时穿过两条狭缝就好。

问题是,通过左缝还是右缝还没定论,问题没解决呀,光是粒子还是波也没得到确切的答案啊。如果10000条缝隙都有光子穿过,如何解释有多少个狭缝就有多少“真实”的路径呢?

为了摆脱观测者,埃弗莱特提出了多世界解释(即大名鼎鼎的平行宇宙理论)。当量子穿过双缝时,世界就分成了两个永无联系的世界。在我们这个世界里,我们只看到光穿过了一条狭缝。先不要急着鼓掌,所谓的平行宇宙理论也没有解释光为什么同时可以穿过两条狭缝。更无法解释一个光子为什么产生了干涉条纹。

面对10000个狭缝,1“颗”微不足道的光粒子就能把世界劈成10000个,如果有无数个光粒子、无数条狭缝呢? 如何产生10000个互不关联的宇宙?问题的关键在于,为什么穿过了10000条狭缝的光子仍然都出现在同一个世界里呢?

为摆脱观测者,一些人又提出了多历史理论。穿过无数条狭缝的每一个量子都是一个历史,但是,只有一个历史被我们看到,其他历史被中。问题是,1“颗”光粒子产生了10000个虚假的历史吗?事实是,10000个狭缝都有光“真实”地穿过了,10000条狭缝的光子都出现在同一个世界里,每一个狭缝中的历史都是真实的。

还有多维度解释,一个光子从一个维度穿过狭缝,另一个从另一维度穿过。但仍然无法解释为什么两条狭缝都有光同时穿过两条狭缝。

承认光是波就这样难吗?

《寻找薛定谔的猫》的作者约翰·格里宾总结道[约翰·格里宾《寻找薛定谔的猫》海南出版社,354页]:

许多量子学家设计一些实验并不是为了解释疑惑,而是想告诉众人量子力学的本质就是奇异性的。他们认为量子理论最显著的特征之一就是存在着许多关于这种存在“究竟意味着什么的”的不同解释。就其哲学基础而言,这些解释之间大多是相互矛盾的。量子理论看起来对许多相互之间相互排斥的解释都是允许的。就像在实验中光子同时通过双孔(双缝)一样,在某种意义上,所有的解释都是正确的,有一些物理学家并不试图说明哪一些解释是正确的,而是建议我们从各种不同的解释中多少了解了解一下量子世界,将所有的观点都考虑进去,将其看成各种可能的叠加。事实上你可能会发现有少数物理学家(这些人根本就不愿意去思考这些事情)顽固地坚持一种观念,那就是他们所喜欢的那种解释才是正确的,而其他的解释“显然”都是错误的。

双缝实验需不需要观测者呢?事实很简单,无论有没有人观测,光和电的双缝实验中,光都同时穿过两条狭缝并在屏幕上产生干涉条纹。事实上,没有任何实验观证明光是粒子!别惊讶,你所能举的例子(康普顿效应和光电效应)恰恰都证明光是电磁波,都只能用波长和频率来解释,而不是粒子说的动量。

为什么有人声称在电子双缝实验中所谓的观测者会导致所谓的波涵数坍塌呢?

真相是,电子双缝实验中的屏幕上布满了盖革计数器而不是一块白板,一个盖革计数器接收电子,这个计数器就算一个点。因为电子的双缝干涉实验的尺寸非常小,而所谓的观测装置也是一个盖革计数器,在一条狭缝后面放置一个盖格计数器,就会堵住一条狭缝,结果就变成了单缝实验,当然不会出现干涉条纹。简单的比喻,一个人伸头去看一个小孔,当然就挡住了这个小孔。哈哈。你看,我把耳朵蒙住了,铃子就不响了。

第二个问题是为什么会产生干涉条纹?

为什么在实验操作者和围观者的观测下,一个光子、一个电子也会产生干涉条纹呢?到目前为止,粒子说无法解释干涉条纹的形成原理。

事实是,观测者并没有使所谓的波涵数坍塌。这是个伪命题,不能将假说当事实来讨论。

问题是,为什么人们都认为量子力学的这些解释都正确呢?这才是重要的问题。

科普不是用通俗易懂的语言照本宣科,科普的意义是引起人们思考。

我们身处在同一个宇宙,却存在经典物理学、相对论,量子力学和弦理论4种互不相容的理论。我们知道,真相只有一个,我们只需要一个可以自洽解释宇宙所有问题的终极理论。但是,到目前为止,没有一个理论可以达到终极理论的标准,这意味着这4个理论都不完备。

我们永远不要忘记科学精神是理性、怀疑、批判和实证。只有经得起质疑的理论才称得上是科学理论,反之,只是谬误。

理性、怀疑、批判和实证并不能保证我们一定可以进步,但是至少可以避免我们误入歧途。也许,当物理理论回归客观常识时,理论物理学才能继续进步。

我们的科学常识就是经典物理学,回归常识就是回归经典物理学,回归客观逻辑、回归经典科学范式才是唯一正确的道路。

“尊重知识、听取学者意见很好,但发展到崇拜任何人的程度都很危险,包括崇拜学者。一个人一旦被推崇为先知或权威,他(她)自己都可能信以为真,进而变得骄傲自大,甚至陷入疯狂。对追随者而言,一旦他们信奉某人为权威,便会自我设限,停止努力,只期待着偶像来告诉他们全部问题的答案和解决方法。即使答案是错误的、方法是糟糕的,他们也会通盘接受。”

先贤们几千年积攒下来的思想成果滋养了我们的智慧,他们点亮了一个又一个灯塔,指引着人类的发展方向。没有人的观点全部正确,也没有人的观点一无是处。有些观点后来被事实证明是一个个错误,那也是他们在错误的地方树立起了一个个指引正确航道的航标灯。

真相总是朴实的,真理总是简洁的。有时, 我们并不缺乏揭示真相的能力,更多的时候是我们缺乏面对事实的勇气。

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