“365官网”量子世界中波函数到底是数学描述还是实体
发布时间:2021-06-05
本文摘要:量子力学的发展有数百年的历史,其理论核心之一的波函数,其本质是什么,还是百年未解之谜。

量子力学的发展有数百年的历史,其理论核心之一的波函数,其本质是什么,还是百年未解之谜。波函数理论已经衍生出激光、半导体和核能等高科技,深刻印象地改变了人类的生活方式。但是,多年来,物理学家们明确提出了各种关于波函数的假设和演绎,设计了各种实验进行检查,但是没有达成协议。其中最主流的声音指出,波函数只是数学记述,计算微观物体在某处频繁出现的概率。

但最近,清华大学物理学教授龙桂鲁率领的团队明确提出了几乎不同的新观点,指出波函数不存在微观物体的现实。有一个世界:高山神父的穿墙技术是可能的,你脚下的大地也很牢固,世界的客观现实性也消失了,一切都要以概率说明。这就是量子力学的世界。与我们日常感官的宏观世界不同,量子力学描绘的是微观世界。

量子力学理论的核心之一是利用波函数叙述微观物体的量子状态。但是,量子力学虽然有数百年的发展历史,但波函数的本质是什么,还是一个悬而未决的谜团。最近,清华大学龙桂鲁教授作为第一和通信作者,在2018年第三期《中国科学:物理学力学天文学(英语版)》中公开发表的研究,揭示了波功能的谜团。双缝实验量子世界首先展示的奇怪事物之一,首先想到量子世界首先展示的奇怪事物之一是着名的双缝实验。

如果一只大黄鸭在池塘里上下旋转,周期性的涟漪就会向外熄灭。一段距离外,波纹遇到中间有针的挡板,同时在挡板后面放置检测屏幕记录通过间隙的波浪数据。波浪穿过间隙后,开始向周围收敛变动,在检测屏幕上不记录与间隙直线对比的暗条纹。

那么水波遇到两个间隙,会有什么效果呢?我们在挡板上设置了间隙,结果再次发生了跨越两个间隙的波纹开始变化,在探测屏幕上构成了一系列清晰明亮的交错条纹,这种可爱的图案被称为介入图。频率完全相同的两列波转换,加强部分区域的振动,减弱部分区域的振动,加强振动的区域和减弱振动的区域在空间上交错排序。

这种现象被称为波介入。龙桂鲁教授告诉他科技日报记者。之所以不构成一系列清晰明亮的干预图,是因为在某些地方,一个间隙波纹的波纹正好在另一个间隙波纹的波纹的波纹上,产生更轻微的高峰,同时两个波纹的变化不会产生更轻微的沉降,这种现象被称为相长干预。

但是,当一波波峰遇到另一波谷时,它们相互抵消,水面完全恢复安静,这是相位差介入。任何类型的波都不应该产生类似的介入图。例如水波、声波、光波等。龙桂鲁说。

介入条纹物理学最可怕的实验结果之一英国物理学家托马斯·杨在1801年第一次仔细观察了光的双缝介入,一束光经过两条宽缝后产生了几条构图条纹,屏幕上交错经常出现相长和相位差介入的区域。据说光波由大量的光子和光量子构成,强光时光是电磁波。

因此,一束光穿过两个间隙时,针后不相互干预,构成干预条纹。但在这里,我们将看到物理中最可怕的实验结果之一。我们每次只有一个光子,避免了两个光子的相互影响。

但在这种情况下,经过长时间的积累,干预条纹仍然不会频繁出现。每个光子到达屏幕时,只会产生一个亮点。

第一个光子在屏幕上检测到特定的方向,第二个、第三个、第四个也一样,所有的光子在屏幕上都会产生亮点,显示出粒子的特性。但是,如果大幅度提高单个光子,在充分提高单个光子后,这些光子在屏幕上构成介入条纹的图案。虽然我们不告诉每个光子不会落在屏幕上,也不告诉下一个光子不会落在哪里。

然而,当每个光子落在屏幕上时,它被认为是干预条纹的亮点,它会落在干预黑点的地方,从而最终呈现干预条纹。光子不是唯一能做到的粒子,单个电子通过一对间隙,屏幕上一点也不会掉下来,很多电子上升后,不会构成一定程度的干预条纹,也可以用包括数千个原子、电子、原子核在内的大分子进行双间隙实验此时,每个光子、电子或原子通过双缝时出现波浪的干预性质,显示出微粒子的波动性,屏幕上看到的只是亮点,显示出粒子性。我们将微粒的这种既有波动性又有颗粒性的神奇性质,称为波粒二象性。

许多演绎对波函数本质的不同叙述量子力学将叙述微粒状态的函数称为波函数。在双缝实验中,在实验的两端告诉粒子的方向,粒子从敲击单光子激光和电子枪的方向开始运动,在画面上确认的方向被观测,因此粒子可能在两端变得更像粒子,有些介入在中间变动。光子从上升到观测经历了什么过程?波函数发生了什么?这涉及量子力学的基本问题:波函数的本质是什么?现在有很多关于波函数的演绎,对这个过程进行了不同的说明。

哥本哈根的概率波是波恩、海森堡和玻尔反对的哥本哈根演绎,是现在的主流派。哥本哈根演绎指出波函数没有物理本质,只有数学记述,计算微观物体在某个地方经常出现的概率,计算结果符合实验结果。龙桂鲁说。

在哥本哈根演绎中,测量微粒时,微粒从多种可能性的反复加态切换到特定的本征状态,系统状态瞬间再次发生,被称为波函数崩溃。颗粒明确切换到哪个状态几乎是随机的。德布罗意导航系统波演绎导航系统波理论首先于1927年由法国理论物理学家德布罗意明确提出。

美国物理学家玻璃姆从1952年开始接手,研究到1992年去世。因此,这个理论也被称为德布罗意玻璃理论。德布罗意导航系统的波浪演绎指出波浪函数是领导波,粒子在这个波浪函数的领导下回顾,也就是说粒子行驶的方向被波浪函数领导。龙桂鲁说。

在德布罗意玻璃姆理论中,电子一直享有确认的方向,即使这个方向无法被观察者注意到。电子的方领先于导航系统波。

一个电子不能通过一个间隙,但导航系统波可以同时通过两个间隙。导航系统波的介入产生了探测屏上的介入图。埃弗莱韦茨县的世界演绎多世界理论是美国物理学家休·埃弗莱兹明确提出的。

龙桂鲁表示,多世界理论指出,粒子通过双缝后,两个不同的世界不会频繁出现,其中一个世界颗粒通过左缝,另一个世界颗粒通过右缝。波函数不必崩溃,随机选择左还是右,实际上两种可能再次发生。然而,它显示了两个世界:生活在一个世界的人发现粒子通过了左边的缝隙,而生活在另一个世界的人仔细观察到的粒子在右边。

也就是说,颗粒穿过双缝的瞬间产生了多个平行宇宙,每个宇宙都对应着一种可能性。我们正好住在平行宇宙之一,所以只是仔细观察了结果。


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