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在量子力学诞生之后,为了解答前边这三个疑惑,物理学家们提出过各种想法,不过目前都没有完全被验证。未来也有可能还会有新的理论,将现在的想法修正甚至完全推翻。
不过,换个角度,这也是你值得去了解的理由。因为这是物理学探索的最前沿,在已知和未知的边界上,目前的答案当然显得半明半暗。接下来,我们就来跟着罗韦利,看看这个世界探索的最前沿,看看现在的科学家们,他们对于世界有了哪些新思考。
先来看看科学家们对于叠加态的思考,你可能会联想起著名的“薛定谔的猫”的思想实验。
在一个封闭的大箱子里,放一只猫。箱子里有个放射性装置,里面的放射性物质在一小时之内,可能衰变,也可能不衰变。如果衰变,那它就会触发一个装置,装置打碎瓶子,瓶子里面有杀猫毒气。
在你打开箱子看之前,那个放射性物质处在“衰变”和“没有衰变”的量子叠加态——既衰变了,也没有衰变。
那么,在打开箱子看之前,那只猫,一个宏观的生物,难道也处在量子叠加态吗?
这个思想实验把微观的量子不确定性和宏观世界直接联系在了一起。这样你就没有办法回避对量子世界的理解,可是你怎么面对这个问题呢?所以霍金有句名言——“当我听说薛定谔的猫,我就去拿我的枪。”薛定谔的猫,让物理学家感到无法面对这个世界。
有物理学家提出一种猜想,就是如果我们真的做这个实验的时候,宇宙就会分裂成两个,在一个宇宙中,你打开盒子,发现猫是死的。在另一个宇宙中,你打开盒子,猫是活的。是的,你在电影里看到的平行宇宙猜想,就是科学家们提出来解释量子力学的。
每个平行宇宙中都是确定的结果,可是这些平行宇宙叠加起来,就是叠加态。
听起来是不是很疯狂?但是恰恰有许多杰出的物理学家和哲学家,都认为平行宇宙的假说是量子理论的答案。因为这种假说最能解释科学家们观测的那些诡异的现象。
这种叠加的诡异特性,已经非常难理解,更何况还有非连续以及观测者的影响。怎么解释这些特性呢?罗韦利在这本书中提出了一个观点,他将这种猜想称之为“相对关系”。
什么是“相对关系”呢?罗韦利认为,在电子不与任何物体互动时去探究它的轨道是哪一个是没有意义的。电子不沿轨道运动,因为它的物理特性是由它与任意其他物体,比如它释放出的光之间的互动决定的。如果电子不进行互动,它就没有特性。
这是激进的一步。这等于是说,我们需要把每个物体仅仅看作它与其他物体互动的方式。当电子不与任何其他物体互动时,它就没有基本的物理特性。没有位置,也没有速度。
这里边的关键点,在于物理学家对于世界的认识,都是基于“观测”。只要我们观测,物质就会和我们发生互动,那么,展现出来的结果,也就不可避免会带上人的因素。
世界未必受人的影响,但是我们看到的世界,不可避免受到人的影响。我们看到的世界,其实是一张各种物质与我们组成的互动关系网。
我用另一个例子来帮你理解罗韦利的思考。我们当然知道,地球不是宇宙的中心,但是,现在人们可以观测到的宇宙范围,是一个以地球为球心的球形。这就像是你在漆黑的野外拿着火把,你能看到的范围一定是以自己为中心的一个圆。所以,虽然我们知道地球不是宇宙的中心,但是我们只能看到以地球为中心的一部分宇宙。在这之外的,我们看不到。
相应的,罗韦利的意思也是,也许在量子力学中,物质有与人无关的特性,但是我们看不到。因为我们一观测就必须让自己参与进去,我们能看到的,只是我们和粒子互动后的结果。
听起来有点烧脑,而且也不是那么容易承认。认同和不认同都没关系,毕竟罗韦利自己也没有说这就是答案。但是,如果顺着这个思路,再去看量子力学带来的那些疑惑,确实会显得清晰很多。
比如,为什么世界是不连续的?有科学家提出一种理论,叫做“量子比特主义”。“比特”是从计算机那里借来的一个词,代表信息是一份一份的。
量子比特主义是什么意思呢?物理学描述的不是世界的本质,而是我们所拥有的关于世界的信息。可能因为人的某些原因,关于这个世界,我们只能接收到一份一份的信息,所以我们能认识到的世界,就是一份一份的。至于世界到底是什么样的,我们不得而知。
再比如,为什么量子力学中计算出的往往是概率,某个粒子的位置、速度并不能完全确定?罗韦利顺着相对关系思考,认为量子物理和传统物理学有两点本质的区别:
第一条,从一个物体上可以获得的相对信息量是有限的;
第二条,与同一个物体互动,总是可以获得新的相对信息。
你可能会说,那这两条不是矛盾了吗?与同一个物体互动,总是可以获得新的相对信息,那我只要互动的时间足够长,总能获得全部的信息吧?
关键在于,当我们获得新的信息时,一部分旧有信息就失效了,变成了无关信息。所以,虽然我们总能获得新信息,但是信息量总是有限的。
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