第19章 万物密码(4/6)
学界的变革,促使人们从宏观世界迈向微观量子世界,而薛定谔的猫也将在后续的量子理论探索中“登场”。
法国天文学家西蒙·拉普拉斯曾预言,若知晓所有物体在某一特定时间点的运动轨迹,就能据此预测未来现象。比如抛石子,掌握抛出瞬间的高度、速度和动量,就能算出其落点。
德国物理学家、量子力学主要创始人卡尔·海森堡在微观世界发现了与拉普拉斯预言相悖的现象。在微观世界里,无法同时测准物体的位置和动量。若要精准测定原子大小石子的位置,其动量就难以捕捉;若要确切测算石子动量,其位置又难以确定,这就是量子力学的核心原理——海森堡不确定性原理。
科学家测量微观粒子的位置和动量不能依靠显微镜,测量微观粒子动量适合用波长较长的光,但测不准其位置;测量微观粒子位置则需用波长较短的光。由于无法同时精准测量微观实体的位置与速度,也就无法精确预知其未来运动状况。
1925年,薛定谔提出波函数所满足的微分方程,即薛定谔方程,它代表了微观世界中物质运动的基本规律,如同经典物理学中的牛顿运动方程。该方程虽无法用实验证明具有波粒二象性的系统,但经受住了时间考验,薛定谔也因此获得1933年诺贝尔物理学奖。通过这个方程,科学家发现量子世界中粒子可同时存在于多个地方,“薛定谔的猫”处于50生和50死的叠加态就是基于此原理。
“薛定谔的猫”思想实验是把猫放进装有放射性物质、开关和毒气瓶的不透明箱子里。放射性物质的衰变与否控制开关,进而控制毒气瓶是否释放毒气。由于放射性物质衰变不确定,处于衰变与不衰变的叠加态,开关、毒气瓶和猫也分别处于相应的叠加态。当打开箱子观测时,猫只会呈现出活或死一种状态,而非既死又活。这一现象引发众多科学家思考,他们提出概率论、多世界存在平行宇宙学说等理论来解释。最后视频引出对波函数坍塌概念的探讨。
关于波函数坍塌的问题,需要从光子的本质说起。在三维宇宙中,单独的光子并非实体粒子,而是类似无形的电磁波形态,爱因斯坦将其看作是一种能量表现。光波与物体碰撞的结果源于光子撞击,人们通过观测碰撞痕迹推测光子特性,这也解释了光
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