有一种实验让科学家感到恐怖,世界的一切都是命中注定吗?
科学家感到恐怖其实没有什么大不了的。因为爱因斯坦对量子力学的不确定性也是懵圈的!但是实验的意义远远不是表面上这么简单。
打开网易新闻 查看更多精彩图片
先思考一个哲学问题,这个世界是确定的吗?一切都是命中注定吗?
确定的事
你正在以10m/s的速度开着车,20米前突然跑出来一个人,问会撞上吗?我们假设大脑反应是1s,反应过来时候已经剩10m了。
刹车系数一般为0.8,刹车距离S=v^2/(2μg)=6.37米,离人还有3.63米
我们算得很慢,电脑0.1s内可能就算出来了,采取自动刹车。那么这个事是确定的,撞不上。
不确定的事
我依稀记得在上小学的时候,有过一节课叫做不确定性原理。老师会让一个同学抛硬币,另一个同学猜正反面。每人做几次,然后记录结果。不用看结果,因为我们都知道这是不确定的,如果能猜对都去当赌神了。
我们对比一下这两个事
开车这个事,已知事件发生相关信息:距离、速度、公式,我们可以推算出来,事情的结果。
抛硬币的时候,如果有个计算机连着一堆传感器能知道我用了多少力、空气情况、地形、角度、旋转速度等等,只要信息足够,硬币还没掉下来,电脑的结果已经出来了。或者说你把硬币给电脑的机械臂,你输入正面,它就给你抛正面,你要反面他就给你抛反面。那么抛硬币这个事情,就从不确定变成了确定的。
只要有足够的信息就可以消除不确定性
世间万物同理,信息,方程可解万物。这不是神学,是科学。想想宇宙中的一切,如果你能知道每一个粒子的初始情况,监测到现在的运行情况,原则上我们就可以推测出整个宇宙的后续演化。
黑洞在我们尚未发现之前,就已经通过公式计算出来。宇宙中的所有对象都太遥远了,我们只能收集仅有的信息和间接的证明,并没有能直接研究的办法。但是我们通过科学的分析和数学的推导,已经把很多遥远又不确定的事情,一点点变得确定。
上帝的操作系统
往近了说,无论是气候变化、风险投资、婚姻、恋爱、身体疾病、人生轨迹只要信息足够,算法正确、算力足够,我们都可以算出来。就好比高考,只要知道你储备知、心理素质、健康状况甚至是考场温度、湿度、交通等等信息,就可以预测出你的成绩。世间的一切包括情感、大脑、你每一次突发奇想、每一次冲动都只是数据,由无数个0或1组合,只要找到对应的规律,有一台超级计算机能就算尽一切,成为上帝。因为每个人不过是一台小小的生物计算机而已。
铺垫差不多了进入正题
当水里有动静就会产生水波,如果有两个同样的水波撞到了一起,就会出现两个波互相干涉的现象。
光也是波,一种电磁波,具有波动性,把一束光从两个缝隙中传过去,就会形成干涉条纹。
光具有波粒二象性,所以光子也是一种粒子。那么我们就可以把光子一个一个打到双缝的隔板上去,然后科学家们就懵了。一群光子打出去,也出现了干涉条纹。
都是粒子,没有波怎么会出现干涉。正常应该是下图:
好吧,科学家们说可能是一次出去太多了,互相挤压,排出了阵型,形成了波。换了一个间歇式打法,每次只打出去一个光子的时候,出鬼了,又形成了干涉条纹。每次只有一个光子请问它和谁干涉呢?
出现干涉条纹只有一种解释,就是有光子有分身术同时通过了这两个缝。科学家不信邪,又拿了其他粒子做这个实验,发现结果也是一样。那这个现象就不是光的特性了,是微观粒子都这样。
那么问题来了,如果说两个缝,一个缝是0,一个缝是1。我们正常思维是一个光子打过去,不是0就是1,现在的结果是既是0又是1。这个光量子0和1叠加在一起的状态,我们管它叫做“量子叠加态”。科学家们用薛定谔方程的“波函数”来表达这个叠加态。
如果你不理解这有什么变态的,我举个例子:
你家有两个门,前门和后门,有一天你回家了,我问你,你从哪个门进来的。你说前门和后门一起进的。进来之后,前门进来的你和后面进来的你还互相撞了一下。喂,神经病医院吗?
看看都不行
出现了这样的情况怎么办?在门口安个监控等着看看是怎么回事不就完了。科学家也是这么想的,于是在一条缝外面用仪器监测光子。结果发现干涉条纹消失了。什么意思?有监控的时候,你像个正常人一样,不分身了,要么走前门,要么走后面,因为就你一个人,所以进来之后也没人跟你相撞了。
科学家又懵了,反复做了无数次实验,换了很多粒子,全部出现这样的状况。你只要看着他,他就乖乖的,只要一眼没到他马上给你玩分身。说明观测会破坏叠加态,也可以叫做“波函数坍塌”。
这是一个很无奈的事,波函数虽然可以精准的预测结果的概率是多少,给我们一个确定的世界,但是面对单独的观察,真的是一点没办法。往往我们发现问题都可以用“观测”手段去解决它,但是当“观测”也成为问题本身,我们还能用什么手段去解决它?
这就好比一场足球赛,如果按照正常的发展,球员们都会根据“波函数”预测的结果踢假球,没踢之前我们可以通过“波函数”得到比赛结果是3比1。但是不能有观众,如果你非要看,那球员们就正常水平发挥了。最后比分是多少,谁输谁赢,就充满了“不确定性”。
因为我们的观测,这场比赛球员拥有“自由意志”,也说明了量子世界的粒子都拥有“自由的意志”,不受一切外在因素影响,上帝的操作系统不灵了,这是一个不确定的世界,仅此而已吗?
这个“不确定”是因为我们去观测,我们去参与的时候才会出现。反过来相一想,世间万物原本都是确定的,波函数是确定的,粒子都是叠加态的,结果都是确定的。只有人才是不确定的,人干涉了原本确定的结果,人成为了一个无法用科学来解释的存在。
科学家们
如果说双缝干涉实验对于科学家来说是懵圈的,那么这个本质的出现,他们有的走往另一个空间的路上。嘴里还念念有词:哪有什么不确定性,一定是存在一个平行宇宙,在量子世界里,我从前门进去,平行世界的另一个我就从后门进去,所有的一切平行宇宙都有另一个我,我们俩加起来总是概率是1,即确定性。
有的选择逃避:既然波函数能预测出结果,我们用就行了,干涉就干涉吧,想那么多干嘛,我们要研究新的理论,这个我们已经得出结果,观测到了,就算研究完了。饭好吃就好好吃,别总问怎么做出来的。
有接受了现实的:人导致了不确定性,自由意志是存在。人的意识是不受0和1支配的,程序写不出我的悲伤,我们的人脑无法被电脑所代替,人类的价值永远无法被机器超越,人工智能永远打不败我的自由意志。
有的还沉浸在惊恐当中,一遍又一遍的做着实验,一遍又一遍的检查漏洞所在,试图打破这个不确定性。
想想薛定谔到了最后都无法承认自己用数学推导出来的方程的解释,还弄出一只生死叠加态的猫。爱因斯坦怼波尔时说:上帝不会掷骰子。费曼说:如果你看懂了量子力学。说明根本不懂量子力学。普朗克也不愿意承认自己对量子的发现。很多研究量子力学的科学家,终此一生都没有搞懂它。