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微觀世界是隨機的,宏觀世界是確定的,宇宙本質究竟是什麼?

由 怪奇菌 發表于 綜藝2021-07-19
簡介如果說宏觀世界的確定性和微觀世界的不確定性都是對的,那麼世界本質也就剩下了唯一一種可能——二者相結合,即量子力學中的“疊加態”

微觀世界是什麼意思

經過數千年的發展和探索,人類對世界本質的認識越來越清晰,無數困惑和問題如冰雪入水般消融。

微觀世界是隨機的,宏觀世界是確定的,宇宙本質究竟是什麼?

但是,正如蘇格拉底曾說過的那樣:“知道得越多,越覺得自己無知”,在這一過程中,困惑和問題的總量並未減少,反而越來越多,甚至從某種角度來看,現代人對於世界的瞭解和認識,其實並沒有比原始人多多少。

現如今,如果問什麼學科最接近宇宙本質,那毫無疑問肯定是物理學,而在物理學領域中,有著“基石理論”稱號的量子力學,絕對是科學家們的“困惑之源”。

微觀世界是隨機的,宏觀世界是確定的,宇宙本質究竟是什麼?

俗話說遇事不決、量子力學,在整個人類科學發展史中,量子力學應該是唯一一個具有相悖屬性的學科,什麼意思呢?

從其本質上來看,量子力學是隨機的,粒子所處的位置根本無法精確定位,但用於描述這種過程的方程卻是確定的,二者產生了強烈的違和感。

量子力學貫穿生活方方面面

微觀世界是隨機的,宏觀世界是確定的,宇宙本質究竟是什麼?

最為現代物理學的基石之一,量子力學的重要性是毋庸置疑的,如果沒有量子力學,那麼我們對原子和原子核內部的認識將會是一片空白,這將直接影響計算機、化學、航天、醫學、材料學等無數領域,許多高科技產品將不復存在。

要知道,像網際網路、通訊、計算機、手機甚至是核武器,其實都是基於量子力學對微觀世界規律的掌握,繼而創造出來的新興事物。

微觀世界是隨機的,宏觀世界是確定的,宇宙本質究竟是什麼?

從根本上來看,整個計算機行業其實都基於量子力學。因為現代所有半導體的電子產品都是基於固體力學的“能帶理論”,這個理論是量子力學中的一種現象,它讓人類瞭解到了波的性質,所以我們才能夠控制矽的電特性,最終制造出所有電子產品的核心——晶片。

正因為量子力學對人類的幫助極大,所以沒有人質疑“薛定諤方程”(量子力學最基本的方程)的正確性,也沒有人質疑依照此方程得到的實驗結果,真正讓一些科學家質疑的其實是量子力學的本質。

顛覆認知的不確定性

微觀世界是隨機的,宏觀世界是確定的,宇宙本質究竟是什麼?

我們都知道,在宏觀世界中,任何一個物體的運動軌跡都是確定的,並且這個物體在每一個時間點所處的位置連起來,都能夠連城一條線。

然而,這一切在微觀世界中全部被顛覆了。量子力學認為微觀世界中的一切只能用機率統計來表達,一旦具體到某個粒子,那麼它的狀態就變成了不確定的疊加態,也就是“薛定諤的貓”這個思想實驗中那隻“又生又死”的貓(生、死狀態疊加)。

微觀世界是隨機的,宏觀世界是確定的,宇宙本質究竟是什麼?

以玻爾為代表的哥本哈根學派,堅信整個世界的本質是不確定的,而這種觀點遭到了以愛因斯坦為首的另一派科學家們的反對和抨擊。

愛因斯坦:上帝不會擲骰子

愛因斯坦認為,宇宙在本質上是高度和諧的,這種和諧能夠透過“數學之美”完美地體現出來。

微觀世界是隨機的,宏觀世界是確定的,宇宙本質究竟是什麼?

所以,一個理論如果不美,那麼不能說它一定是錯的,但至少一定不夠本質。在更高的層面上,“和諧”比“對錯”更為重要。在愛因斯坦看來,量子力學就是一種不和諧(完備)的理論。

所以,根本不存在又生又死的疊加態的貓,貓是生是死在觀測之前就已經確定了,只不過箱子是不透明的,所以只能得到50%的機率是生、50%的機率是死這個“荒誕”結論,宏觀世界根本不存在真正隨機的事情。

微觀世界是隨機的,宏觀世界是確定的,宇宙本質究竟是什麼?

就像拋一枚硬幣,可能正常人都會認為正面向上還是背面向上是完全隨機的,但其實這並不是真正的隨機。

我們之所以會認為這是隨機,主要是因為對硬幣起始速度、下落速度、發力角度以及空氣干擾等數值沒有精確認識,如果我們能夠得到這些精確數值,那麼硬幣的朝向是完全能夠精確算出的。

微觀世界是隨機的,宏觀世界是確定的,宇宙本質究竟是什麼?

所以愛因斯坦認為,宏觀世界中沒有任何一個事情是完全隨機的,如果你認為這件事情隨機,是因為你沒有發現這件事情中的“隱變數”,一旦找到了“隱變數”,量子力學中那些混沌的角落,將會被“規律”照亮得一覽無餘。

一切皆可計算的宏觀世界

可能許多人看到愛因斯坦的觀點會覺得顛覆了認知,宏觀世界中真的沒有隨機事件嗎?答案是:沒有。

微觀世界是隨機的,宏觀世界是確定的,宇宙本質究竟是什麼?

或許會有人反駁,生物意識難道不是隨機嗎?其實和扔硬幣的例子類似,硬幣脫手的那一瞬間,正反面其實早已確定,但這個答案對你來說肯定是隨機的,因為你根本無法完成這個計算。

人也是同樣的道理。覺得人的某種決定或選擇是隨機,只是因為我們無法像透過風速、上升速度、下落速度等資料計算出硬幣正反面那樣計算出人的選擇,如果真的存在龐大的計算力,這種選擇也是能夠被計算出來的。

微觀世界是隨機的,宏觀世界是確定的,宇宙本質究竟是什麼?

再比如說一個厲害的軍事家,他能夠透過蛛絲馬跡判斷出敵人是強攻還是埋伏。對於普通小兵來說,敵人強攻還是埋伏是一個隨機事件,但對於軍事家來說,顯然並非如此。

再比如,某人看到黑白兩色的衣服,他知道自己的母親會選擇哪一件,因為他知道母親喜歡什麼顏色。在這裡,售貨員認為顧客選擇黑或白是隨機事件,但事實也並非如此。

世界本質

微觀世界是隨機的,宏觀世界是確定的,宇宙本質究竟是什麼?

宏觀世界中沒有真正的隨機,微觀世界為何卻有呢?而“真”隨機的微觀世界,又究竟怎樣和完全確定的宏觀世界契合的呢?

正是基於這些方面考慮,愛因斯坦才會認為量子力學是一個不完備的理論,才會認為它其中肯定隱藏著不為人知的“隱變數”。

微觀世界是隨機的,宏觀世界是確定的,宇宙本質究竟是什麼?

約翰·貝爾

然而,上世紀60年代理論物理學家約翰·貝爾進行的“貝爾實驗”,徹底否定了愛因斯坦提出的“隱變數”,不僅證明了量子力學的正確性,同時也證明了上帝是投擲子的。

如果說宏觀世界的確定性和微觀世界的不確定性都是對的,那麼世界本質也就剩下了唯一一種可能——二者相結合,即量子力學中的“疊加態”。

微觀世界是隨機的,宏觀世界是確定的,宇宙本質究竟是什麼?

粒子在沒有觀察者存在時,處於“既在這又在那”的疊加態,一旦出現了觀察者,立即就會坍縮成確定的狀態。這種匪夷所思的狀態,讓宏觀世界和微觀世界完美的交融。