在量子力學(xué)里,“測(cè)量”是一個(gè)很重要的概念。今天就聊一聊量子力學(xué)最底層、至今無(wú)解的終極問(wèn)題:到底什么是測(cè)量?觀測(cè)行為,憑什么能改變物質(zhì)狀態(tài)?宇宙沒(méi)被任何人觀測(cè)時(shí),它是不是一片虛無(wú)、只是一串代碼?
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先開(kāi)門見(jiàn)山拋出核心結(jié)論,不怕顛覆你的三觀:
在主流老牌哥本哈根學(xué)派的原始定義里:必須帶有人類意識(shí)參與的觀測(cè)測(cè)量,才能讓彌散的波函數(shù)發(fā)生坍縮。
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只要沒(méi)有意識(shí)介入測(cè)量,微觀粒子沒(méi)有確定位置、確定形態(tài)、確定屬性,延伸到宏觀宇宙亦是同理:萬(wàn)物沒(méi)有固定實(shí)體,沒(méi)有確定數(shù)值,一切都處于模糊疊加的虛無(wú)狀態(tài)。
很多人讀到這句話第一反應(yīng)就是唯心主義,就是拋棄唯物主義,但我開(kāi)篇就把話說(shuō)透:唯物、唯心只是人類基于宏觀生活總結(jié)出來(lái)的經(jīng)驗(yàn)定義,放到量子微觀世界,兩套認(rèn)知體系全部失效。
想要聊懂這件事,我們必須從頭捋清,先破除所有人的固有誤區(qū):我們從小到大理解的“測(cè)量、觀測(cè)、看一眼”,和量子力學(xué)里定義的“測(cè)量”,根本不是一回事。
先講宏觀世界我們認(rèn)知里的測(cè)量,很好理解,直白通俗。
我桌上放一個(gè)水杯,它就在那里。高度15厘米,重量350克,杯身白色,里面裝半杯溫水。不管我看不看它、摸不摸它、用尺子量不量它,這個(gè)水杯的所有屬性都是固定不變的。
我拿起尺子測(cè)量水杯高度,只是把它原本就存在的數(shù)值讀取出來(lái)而已。測(cè)量行為,不會(huì)改變水杯分毫狀態(tài)。我閉眼十分鐘,水杯不會(huì)消失;我走出房間一整天,水杯依舊放在原位,屬性恒定、形態(tài)恒定、位置恒定。
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這就是我們生活幾十年刻進(jìn)骨子里的宏觀常識(shí):物質(zhì)先存在,有固定狀態(tài),測(cè)量只是被動(dòng)讀取數(shù)據(jù),觀測(cè)行為不干預(yù)物質(zhì)本身,客觀世界獨(dú)立于人類意識(shí)存在,不以人的觀測(cè)為轉(zhuǎn)移。
這也是唯物主義最核心的底層邏輯,適配地球上所有宏觀事物:石頭、樹(shù)木、汽車、行星、恒星,無(wú)論有沒(méi)有人看,它們都真實(shí)存在,狀態(tài)恒定。
但是,這套邏輯,踏入微觀量子世界,直接徹底作廢,連參考價(jià)值都沒(méi)有。
量子力學(xué)成立百余年,所有詭異實(shí)驗(yàn)、所有顛覆認(rèn)知的結(jié)論,根源全部集中在一件事:量子層面的測(cè)量,不是讀取數(shù)據(jù),而是創(chuàng)造狀態(tài)。
我再用最直白的大白話翻譯一遍量子測(cè)量規(guī)則:
測(cè)量發(fā)生前,微觀粒子沒(méi)有顏色、沒(méi)有位置、沒(méi)有速度、沒(méi)有自旋、沒(méi)有運(yùn)動(dòng)軌跡,它不是一個(gè)實(shí)體小球,只是一團(tuán)彌散在空間里的概率波,也就是我們常說(shuō)的波函數(shù)。
這團(tuán)概率波沒(méi)有實(shí)體,沒(méi)有確定結(jié)果,同時(shí)擁有多種對(duì)立狀態(tài)共存,也就是疊加態(tài)。就像之前講過(guò)的薛定諤的貓,觀測(cè)之前,貓就是同時(shí)活著且死去,沒(méi)有折中答案。
就在測(cè)量、觀測(cè)發(fā)生的那一瞬間,堪稱宇宙最神奇的一秒:概率波瞬間收縮坍縮,消失無(wú)形,取而代之的是一個(gè)擁有固定屬性、固定數(shù)值、固定狀態(tài)的實(shí)體粒子。
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抽象概率,變成實(shí)體物質(zhì);模糊疊加,變成確定唯一;虛無(wú)狀態(tài),變成客觀實(shí)體。
重點(diǎn)來(lái)了,也是絕大多數(shù)人看不懂量子力學(xué)的核心盲點(diǎn):
一旦測(cè)量結(jié)束,人類收回觀測(cè)意識(shí)、撤走觀測(cè)儀器,這個(gè)剛剛成型、擁有確定狀態(tài)的實(shí)體粒子,會(huì)瞬間變回彌散的概率波,重回虛無(wú)疊加態(tài),等待下一次測(cè)量。
循環(huán)往復(fù),永不改變。
我打一個(gè)貫穿全文、最好懂的比方,方便大家永久記住這個(gè)機(jī)制:
整個(gè)微觀世界,乃至延伸到宏觀宇宙,所有物質(zhì)都是游戲后臺(tái)代碼。平時(shí)沒(méi)人點(diǎn)開(kāi)查看、沒(méi)人觸發(fā)檢測(cè)指令時(shí),代碼就是純數(shù)據(jù),沒(méi)有畫面、沒(méi)有模型、沒(méi)有形態(tài),一片空白虛無(wú)。
人類的測(cè)量、觀測(cè),就是鼠標(biāo)點(diǎn)擊查看按鍵。點(diǎn)擊的一瞬間,后臺(tái)代碼渲染成型,變成看得見(jiàn)摸得著的游戲模型,有大小、有位置、有形態(tài)。鼠標(biāo)松開(kāi)、點(diǎn)擊結(jié)束,模型瞬間消失,退回后臺(tái)原始代碼。
我們以為自己生活在實(shí)體世界里,其實(shí)我們每看一眼世界、觸摸一件物品、觀測(cè)一個(gè)天體,都是主動(dòng)觸發(fā)了一次代碼渲染。不觀測(cè),萬(wàn)物歸為代碼虛無(wú);觀測(cè)一瞬,萬(wàn)物具象實(shí)體。
順著這個(gè)邏輯,就能引出全網(wǎng)爭(zhēng)論多年、細(xì)思極恐的終極猜想:
如果把整個(gè)宇宙看作高維空間投射出來(lái)的產(chǎn)物,宇宙平日里蜷縮封存于高維維度之中,沒(méi)有任何低維實(shí)體。只有人類發(fā)起測(cè)量觀測(cè)時(shí),宇宙才會(huì)向我們所在的三維世界,投射一小部分具象影子,僅適配我們觀測(cè)的維度。
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宇宙完整的真相、全部的底層規(guī)則,永遠(yuǎn)封存于高維,人類永遠(yuǎn)無(wú)法探測(cè)。
直白總結(jié)這個(gè)猜想:無(wú)人觀測(cè)之時(shí),宇宙不存在實(shí)體,屬于全域虛無(wú);有人觀測(cè)之時(shí),宇宙才順著時(shí)間軸結(jié)算狀態(tài),具象化出山川、星河、萬(wàn)物、你我。
很多人看到這里會(huì)本能反駁:這完全是唯心主義,違背科學(xué),違背唯物世界觀!
這里再次重申:唯物主義、客觀實(shí)在論,只是人類基于宏觀日常總結(jié)出來(lái)的經(jīng)驗(yàn)主義,僅此而已。
這套經(jīng)驗(yàn)只適配肉眼可見(jiàn)的宏觀世界,本身也是人類觀測(cè)、測(cè)量之后得到的結(jié)論。靠觀測(cè)得出的經(jīng)驗(yàn),自然無(wú)法定義無(wú)觀測(cè)狀態(tài)下的宇宙真相。
所以問(wèn)題繞回原點(diǎn):量子力學(xué)發(fā)展百年,天才物理學(xué)家層出不窮,從普朗克、愛(ài)因斯坦、玻爾,到后世一眾量子學(xué)者,時(shí)至今日,居然沒(méi)人能定義清楚,到底什么才算測(cè)量?
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毫不夸張的說(shuō),測(cè)量,就是困住現(xiàn)代物理學(xué)進(jìn)階的最大門檻,比統(tǒng)一四大基本力、破解奇點(diǎn)起源還要難。
目前全球物理界,針對(duì)測(cè)量行為,擁有十余種完全相悖的解讀派系,沒(méi)有任何一種解讀成為公認(rèn)標(biāo)準(zhǔn)答案,所有定義都存在漏洞、悖論、無(wú)法自洽的地方。
我們把所有爭(zhēng)議問(wèn)題,逐條擺出來(lái),不用學(xué)術(shù)術(shù)語(yǔ),全用大白話辨析,每一個(gè)問(wèn)題,至今沒(méi)有定論:
第一:必須人類意識(shí)參與,才算測(cè)量嗎?動(dòng)物觀測(cè)算不算測(cè)量?貓狗、飛鳥(niǎo)、魚(yú)類,擁有簡(jiǎn)單意識(shí),看向粒子的時(shí)候,能不能讓波函數(shù)坍縮?
第二:微生物、單細(xì)胞生物,沒(méi)有完整大腦、沒(méi)有自主意識(shí),它們感知到粒子,算不算觀測(cè),能不能觸發(fā)坍縮?
第三:人工智能、智能儀器、全自動(dòng)探測(cè)器,沒(méi)有自主主觀意識(shí),程序自動(dòng)抓拍數(shù)據(jù),算不算有效測(cè)量?能不能讓疊加態(tài)變成確定態(tài)?
第四:人類借助望遠(yuǎn)鏡、顯微鏡、傳感器間接觀測(cè),和肉眼直接觀測(cè),兩種測(cè)量效果是否完全一致?
第五:不靠任何設(shè)備觀測(cè),依靠邏輯推導(dǎo)、數(shù)學(xué)計(jì)算,得出粒子狀態(tài),這種信息獲取方式,算不算測(cè)量?
第六:外界溫度、引力、磁場(chǎng)、宇宙射線,無(wú)意擾動(dòng)粒子,沒(méi)有任何人、儀器刻意觀測(cè),這種自然擾動(dòng),能不能破壞疊加態(tài),引發(fā)波函數(shù)坍縮?
第七:人類不同精神狀態(tài),疲憊、清醒、專注、走神,觀測(cè)同一個(gè)粒子,坍縮結(jié)果會(huì)不會(huì)發(fā)生改變?
以上七個(gè)問(wèn)題,百年量子實(shí)驗(yàn)做了無(wú)數(shù)次,依舊沒(méi)有普適答案。
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最早出圈、大眾最熟知的理論,就是老牌哥本哈根學(xué)派的意識(shí)坍縮論,也是最早用來(lái)解釋測(cè)量機(jī)制的理論:唯有人類主觀意識(shí)介入觀測(cè),才是有效測(cè)量,才能觸發(fā)波函數(shù)坍縮。
這個(gè)理論漏洞非常明顯,最大問(wèn)題就是繞不開(kāi)“意識(shí)是什么”。
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意識(shí)歸屬生物學(xué)、哲學(xué)范疇,物質(zhì)歸屬物理學(xué)范疇,一旦把意識(shí)作為物理坍縮的開(kāi)關(guān),直接打碎客觀和主觀的邊界,物理規(guī)律徹底依附人類主觀意識(shí),這也是愛(ài)因斯坦極度反感哥本哈根學(xué)派的核心原因,他才會(huì)說(shuō)出那句名言:我寧愿相信,月亮就算沒(méi)人看,也依舊掛在天上。
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更打臉哥本哈根意識(shí)理論的,是后續(xù)無(wú)數(shù)受控實(shí)驗(yàn)得出的反常結(jié)果:
部分實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,觀測(cè)儀器還沒(méi)有完整收錄數(shù)據(jù)、人類意識(shí)還沒(méi)有接收觀測(cè)信息,僅僅是粒子傳播路徑泄露了微量路徑信息,疊加態(tài)就直接消失,波函數(shù)自主發(fā)生坍縮。
換句話講:沒(méi)有人類意識(shí)參與,僅僅一點(diǎn)點(diǎn)外界擾動(dòng),粒子就主動(dòng)結(jié)束虛無(wú)疊加態(tài),變成實(shí)體狀態(tài)。
這直接推翻了“意識(shí)決定坍縮”的原始結(jié)論。
這里又出現(xiàn)一個(gè)全新的、極度矛盾的粒子特性:
微觀粒子脆弱到極致,周遭一點(diǎn)點(diǎn)磁場(chǎng)、光線、粒子碰撞、能量擾動(dòng),就能打碎它的疊加態(tài);可同時(shí)它又強(qiáng)大到極致,部分光子、電子粒子,可以跨越千萬(wàn)光年星際,穿過(guò)星云、引力場(chǎng)、宇宙輻射,全程保持疊加態(tài),不受任何外界干擾。
什么時(shí)候會(huì)被擾動(dòng)坍縮,什么時(shí)候永久保持疊加態(tài),物理學(xué)家至今找不到統(tǒng)一規(guī)律。
為了擺脫“主觀意識(shí)掌控物理世界”的唯心悖論,后世物理學(xué)家開(kāi)始拋開(kāi)意識(shí),全新建模,誕生了很多新潮小眾理論,試圖純物理層面定義測(cè)量。
其中認(rèn)可度較高的,是量子引力坍縮理論,通俗解讀就是:不用意識(shí)觀測(cè),只要微觀粒子聚集質(zhì)量達(dá)標(biāo),造成局部時(shí)空曲率變動(dòng),抵達(dá)臨界數(shù)值,波函數(shù)就會(huì)自主坍縮,形成實(shí)體物質(zhì)。
客觀來(lái)講,這個(gè)理論很好規(guī)避了主觀意識(shí)干擾,讓量子行為重回純物理客觀規(guī)則,但它依舊無(wú)法驗(yàn)證,只能屬于數(shù)學(xué)推演猜想,沒(méi)有實(shí)驗(yàn)可以百分百佐證。
看到這里大家就能明白,為什么現(xiàn)在大學(xué)量子物理教材,關(guān)于測(cè)量的章節(jié),措辭全部模棱兩可。幾乎所有教材都會(huì)標(biāo)注這句話:
量子力學(xué)中的測(cè)量,是抽象理想化概念,我們不深究測(cè)量本質(zhì),不深究坍縮底層機(jī)制,只假設(shè)存在測(cè)量行為,依托實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算概率即可。
這就是物理界公認(rèn)的“閉嘴計(jì)算”原則。
既然看不懂測(cè)量本質(zhì),那就放棄深究本質(zhì),只利用測(cè)量規(guī)律、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、概率公式,落地應(yīng)用即可。
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量子通信、量子芯片、量子傳感,全部都是依托“閉嘴計(jì)算”發(fā)展出來(lái)的技術(shù),不需要弄懂為什么,只知道會(huì)發(fā)生什么就行。
對(duì)于普通科普愛(ài)好者,我們沒(méi)必要強(qiáng)行鉆研坍縮公式、時(shí)空曲率參數(shù),我們沿用全文統(tǒng)一的虛擬世界代碼視角,最簡(jiǎn)單定義測(cè)量:
測(cè)量,就是外部輸入指令,改寫量子代碼狀態(tài),把疊加態(tài)概率代碼,臨時(shí)渲染為具象實(shí)體數(shù)值的一套運(yùn)行機(jī)制。
為了把這套機(jī)制徹底講透,我們放下枯燥理論,深挖量子力學(xué)封神、最通俗、最顛覆認(rèn)知的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn):斯特恩-蓋拉赫實(shí)驗(yàn),以及進(jìn)階版級(jí)聯(lián)斯特恩-蓋拉赫實(shí)驗(yàn)。
雙縫干涉實(shí)驗(yàn)證明了波粒二象性、觀測(cè)改變粒子形態(tài);薛定諤的貓普及了疊加態(tài);而斯特恩-蓋拉赫實(shí)驗(yàn),直接扒光量子測(cè)量的底層邏輯,看懂這個(gè)實(shí)驗(yàn),就看懂了百分之八十的量子規(guī)則。
這個(gè)實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)單到離譜,器材廉價(jià)、步驟極簡(jiǎn),初高中實(shí)驗(yàn)室稍加改造就能復(fù)刻,可實(shí)驗(yàn)結(jié)果,直接擊碎百年經(jīng)典物理體系,敲定了粒子自旋特性,坐實(shí)了測(cè)量可以重置粒子狀態(tài)。
實(shí)驗(yàn)發(fā)明人是德國(guó)物理學(xué)家?jiàn)W托·斯特恩、瓦爾特·格拉赫,1922年正式落地開(kāi)展,我們拋開(kāi)專業(yè)術(shù)語(yǔ),全程人話講解。
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第一件:原子加熱噴射爐,功能就是加熱銀原子,讓銀原子勻速向外直線噴射,形成一束平穩(wěn)原子流;
第二件:異形不對(duì)稱磁鐵,一邊磁極尖凸、一邊磁極內(nèi)凹,制造出空間不均勻磁場(chǎng),這是實(shí)驗(yàn)核心道具,均勻磁場(chǎng)做不出任何量子效果;
第三件:感光靶面,銀原子打在靶面上,會(huì)留下清晰黑色印記,方便觀測(cè)原子落點(diǎn)分布。
實(shí)驗(yàn)對(duì)照組分為兩組:第一組撤走磁鐵,無(wú)磁場(chǎng)環(huán)境噴射銀原子;第二組開(kāi)啟異形磁鐵,讓銀原子穿過(guò)不均勻磁場(chǎng)。
我們先用牛頓經(jīng)典力學(xué)、宏觀電學(xué)知識(shí),預(yù)判實(shí)驗(yàn)結(jié)果,所有人都能預(yù)判:
銀原子整體正負(fù)電荷平衡,不帶凈電荷,不帶電性。不帶電粒子,穿過(guò)磁場(chǎng)不會(huì)受到磁力偏轉(zhuǎn)作用力。所以無(wú)論有沒(méi)有磁場(chǎng),銀原子都會(huì)筆直飛行,最終在靶面留下一條居中實(shí)心黑斑。
退一步,就算拋開(kāi)電性,假設(shè)銀原子自帶自轉(zhuǎn)。加熱爐噴出的無(wú)數(shù)銀原子,自轉(zhuǎn)角度、自轉(zhuǎn)方向、自轉(zhuǎn)速度完全雜亂無(wú)章,受力大小各不相同。即便磁場(chǎng)會(huì)偏轉(zhuǎn)原子,原子落點(diǎn)也會(huì)分散,從上到下鋪滿一整條長(zhǎng)線黑斑。
以上,是全世界物理學(xué)家當(dāng)年統(tǒng)一預(yù)判的結(jié)果。
左邊有沒(méi)有添加磁場(chǎng)為靶圖,右邊有添加磁場(chǎng)后分裂的圖案
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可真實(shí)實(shí)驗(yàn)結(jié)果,大跌所有人眼鏡:
銀原子穿過(guò)不均勻磁場(chǎng)后,精準(zhǔn)分裂為上下兩束,筆直打在靶面,形成上下兩道間距相等、大小一致的獨(dú)立黑斑,沒(méi)有第三個(gè)落點(diǎn),沒(méi)有中間落點(diǎn),百分百二分分布。
疑點(diǎn)一:不帶電的銀原子,為什么會(huì)被磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)?
物理定則固定:物體想要和磁場(chǎng)發(fā)生作用力,必須自帶磁矩,磁矩源自角動(dòng)量。直白說(shuō),物體必須擁有旋轉(zhuǎn)屬性,才會(huì)被磁場(chǎng)牽引偏轉(zhuǎn)。
所以銀原子一定自帶固定角動(dòng)量,自帶磁矩,絕非宏觀無(wú)規(guī)則熱自轉(zhuǎn)。
疑點(diǎn)二:無(wú)數(shù)雜亂原子,為什么只分出兩個(gè)固定方向?
如果是原子無(wú)規(guī)則自轉(zhuǎn),受力方向萬(wàn)千,落點(diǎn)必然萬(wàn)千。只分出上下兩個(gè)反向落點(diǎn),只能證明:銀原子的角動(dòng)量,只有兩個(gè)固定數(shù)值,大小相等、方向完全相反,沒(méi)有第三種取值。
后續(xù)化學(xué)原子結(jié)構(gòu)拆解,直接查清根源:
銀原子原子核外一共47個(gè)電子,內(nèi)層46個(gè)電子兩兩配對(duì),自旋抵消,整體角動(dòng)量歸零。整顆銀原子所有旋轉(zhuǎn)屬性、所有磁矩,全部來(lái)自最外層第47個(gè)孤立電子。
選銀原子做實(shí)驗(yàn),就是物理學(xué)家刻意設(shè)計(jì)的:?jiǎn)瓮鈱与娮樱孕挥须p向取值,變量唯一,實(shí)驗(yàn)結(jié)果干凈好解讀。
講到這里很多人會(huì)下意識(shí)認(rèn)為:電子就是一顆微型小球,自主順時(shí)針、逆時(shí)針自轉(zhuǎn),僅此而已。
這里必須糾正致命誤區(qū):電子絕對(duì)不是小球自轉(zhuǎn)!
物理學(xué)家根據(jù)電子角動(dòng)量、質(zhì)量參數(shù)計(jì)算得出:如果電子依靠實(shí)體自轉(zhuǎn)產(chǎn)生磁矩,電子表面自轉(zhuǎn)速度,會(huì)直接遠(yuǎn)超光速,違背相對(duì)論光速上限。
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所以,電子自旋,不是宏觀物體自轉(zhuǎn),它是微觀粒子與生俱來(lái)、沒(méi)有宏觀對(duì)應(yīng)的內(nèi)稟屬性。
什么叫內(nèi)稟屬性?就像電子天生帶負(fù)電、質(zhì)子天生帶正電一樣,不需要轉(zhuǎn)動(dòng)、不需要結(jié)構(gòu)支撐,天生自帶雙向自旋角動(dòng)量,沒(méi)有原因,就是宇宙底層設(shè)定。
補(bǔ)充一個(gè)冷門量子常識(shí):粒子自旋分檔位,并非轉(zhuǎn)一圈復(fù)原。自旋1/2的電子,需要旋轉(zhuǎn)兩圈,才能回歸原始狀態(tài);還有自旋1/3、自旋2的粒子,旋轉(zhuǎn)圈數(shù)各不相同,完全違背宏觀轉(zhuǎn)動(dòng)認(rèn)知。
到這里,基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)看完,真正顛覆世界觀、坐實(shí)“測(cè)量重置狀態(tài)”的進(jìn)階實(shí)驗(yàn),正式開(kāi)始,這也是全文最魔幻的部分。
級(jí)聯(lián)斯特恩-蓋拉赫實(shí)驗(yàn),就是把不同方向的異形磁場(chǎng),串聯(lián)排布,讓同一批銀原子,依次穿過(guò)多組磁場(chǎng),分三組對(duì)照實(shí)驗(yàn),循序漸進(jìn),擊穿所有固有認(rèn)知。我們定義豎直上下為Z軸方向,水平左右為X軸方向,通俗易懂。
實(shí)驗(yàn)一:同向二次磁場(chǎng)核驗(yàn)(基礎(chǔ)對(duì)照組)
流程:銀原子先穿過(guò)第一道Z軸豎直磁場(chǎng),原子分裂為上、下兩束自旋原子。我們直接遮擋下方全部原子,只保留上方Z軸正向自旋原子,讓這一束原子,再次穿過(guò)第二道同方向Z軸磁場(chǎng)。
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實(shí)驗(yàn)結(jié)果:原子完全不分裂,保持一束直行。
結(jié)論很好理解:第一次Z軸磁場(chǎng)測(cè)量,篩選鎖定了原子Z軸自旋方向,測(cè)量完成,粒子Z軸狀態(tài)固定,同向二次測(cè)量,不會(huì)改變狀態(tài),不會(huì)再次分裂。
這一步,尚且符合宏觀常識(shí),沒(méi)有詭異之處。
實(shí)驗(yàn)二:交叉維度二次磁場(chǎng)(初步反常)
流程:依舊第一步,銀原子過(guò)Z軸磁場(chǎng),分裂上下兩束,遮擋下方,保留上方Z軸正向原子。更改第二組磁場(chǎng)方向,改為水平X軸左右磁場(chǎng),讓已定Z軸狀態(tài)的原子,穿過(guò)X軸磁場(chǎng)。
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實(shí)驗(yàn)結(jié)果:原本Z方向狀態(tài)固定的原子,再次精準(zhǔn)分裂為左、右兩束等量原子。
解讀:Z維度測(cè)量鎖定自旋,完全不影響X維度疊加態(tài)。一個(gè)維度的測(cè)量定型,不會(huì)干涉另一個(gè)維度的疊加概率,粒子依舊保有另一維度雙向隨機(jī)狀態(tài)。
這個(gè)結(jié)果勉強(qiáng)可以接受,詭異程度拉滿的終極實(shí)驗(yàn),來(lái)了。
實(shí)驗(yàn)三:三重維度串聯(lián)測(cè)量(徹底顛覆認(rèn)知)
完整流程一步步復(fù)盤,一字一句看清:
1、第一道Z豎直磁場(chǎng):銀原子分上、下兩束,擋下束,留存上束,所有原子Z自旋百分百向上,狀態(tài)固定;
2、第二道X水平磁場(chǎng):已定Z向上的原子,分左、右兩束,擋左束,留存右束,此時(shí)原子Z向上、X向右,雙向狀態(tài)全部測(cè)量鎖定,相當(dāng)于雙重定型;
3、增設(shè)第三道磁場(chǎng),重新改回原始Z豎直磁場(chǎng),讓已經(jīng)雙重定型的原子,第三次穿過(guò)Z磁場(chǎng)。
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按照人類所有邏輯預(yù)判:原子Z自旋早就鎖定向上,第三次過(guò)Z磁場(chǎng),絕對(duì)不會(huì)分裂,筆直通行即可。
真實(shí)實(shí)驗(yàn)結(jié)果:雙重定型后的原子,第三次穿過(guò)Z磁場(chǎng),再次平分分裂為上下兩束。
不管物理學(xué)家重復(fù)多少次實(shí)驗(yàn),更換設(shè)備、調(diào)整磁場(chǎng)強(qiáng)度,結(jié)果永遠(yuǎn)一致:對(duì)半分裂,概率恒定五五開(kāi)。
我用全網(wǎng)最好懂的圍棋棋子類比,復(fù)刻全過(guò)程,一秒看懂量子核心規(guī)則,這個(gè)類比完全貼合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),無(wú)任何夸大。
設(shè)定棋子雙重屬性:顏色分黑白(對(duì)應(yīng)Z軸自旋上下)、盤面分毛面亮面(對(duì)應(yīng)X軸自旋左右)。初始棋子,每一顆都是黑白疊加、毛亮疊加,屬性不固定。
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第一輪篩選(第一道Z磁場(chǎng)):挑出全部黑子,丟掉白子,留存棋子全部定型為黑子。
第二輪篩選(第二道X磁場(chǎng)):從黑子里面,挑出全部亮面棋子,丟掉毛面,留存棋子既是黑子、又是亮面,雙重屬性確定。
第三輪篩選(重回Z磁場(chǎng)):專門篩選黑子白子,結(jié)果:這批既定黑亮色棋子,自動(dòng)變回黑白疊加,一半黑子、一半白子,隨機(jī)平分。
關(guān)鍵點(diǎn):僅僅多做了一次另一維度測(cè)量,棋子就忘記了原本黑色屬性,重置疊加態(tài)。
總結(jié)鐵律,也是量子測(cè)量第一定則:
不同維度的全新測(cè)量,會(huì)直接重置粒子其余所有維度狀態(tài),抹除過(guò)往測(cè)量記錄,恢復(fù)全域疊加態(tài)。粒子永遠(yuǎn)只記得最新一次測(cè)量結(jié)果,過(guò)往定型全部作廢。
為了佐證這條鐵律,我們?cè)倏慈巳司蛹铱蓮?fù)刻的偏振光實(shí)驗(yàn),低成本看懂量子狀態(tài)刷新。
實(shí)驗(yàn)道具:兩幅3D眼鏡,拆下兩片垂直偏振鏡片A、C,外加一片45度斜向偏振鏡片B。
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第一步:A豎直偏振片、C水平偏振片直接貼合,光線百分百阻隔,沒(méi)有任何透光,宏觀常識(shí),很好理解;
第二步:在A、C中間,插入一片45度斜向偏振片B,奇跡發(fā)生:原本完全不透光的組合,穩(wěn)定透過(guò)1/8光線。
原理人話解讀:
光線經(jīng)過(guò)A,定型為豎直偏振光;插入B斜向測(cè)量,刷新光子偏振狀態(tài),光子遺忘豎直屬性,變?yōu)樾毕蚱瘢坏诌_(dá)C水平鏡片時(shí),再次二分概率,部分光子通過(guò)。
光子不是實(shí)體光波,它沒(méi)有固定偏振角度,每新增一次不同角度測(cè)量,就刷新一次自身狀態(tài),清空過(guò)往數(shù)據(jù),完美適配斯特恩實(shí)驗(yàn)結(jié)論。
這里回到全文虛擬世界代碼猜想,徹底閉環(huán)所有現(xiàn)象:
所有微觀粒子,都是后臺(tái)統(tǒng)一模板代碼,模板被高維設(shè)定為二元概率輸出,無(wú)論輸入什么測(cè)量指令,都只會(huì)給出兩種結(jié)果,概率固定五五平分。
粒子沒(méi)有過(guò)往記憶、沒(méi)有固定形態(tài),本質(zhì)就是響應(yīng)測(cè)量指令的概率應(yīng)答器。沒(méi)有測(cè)量,代碼無(wú)輸出;更換測(cè)量維度,代碼清空歷史,重新隨機(jī)輸出。
再用戀愛(ài)通俗類比,加深記憶:
男生內(nèi)心處于愛(ài)與不愛(ài)的疊加態(tài)。女生提問(wèn):你愛(ài)我嗎(Z軸測(cè)量),瞬間坍縮為愛(ài)/不愛(ài);后續(xù)女生提問(wèn):你愿意陪我旅行嗎(X軸測(cè)量),男生狀態(tài)刷新,遺忘之前愛(ài)意狀態(tài);此時(shí)再回頭問(wèn)愛(ài)不愛(ài),答案重新隨機(jī),和上一次答案無(wú)關(guān)。
所以前文給出忠告:不要隨意對(duì)量子狀態(tài)、人心狀態(tài)做測(cè)量觀測(cè),一旦開(kāi)口測(cè)量,原有狀態(tài)永久改變,無(wú)法復(fù)原。
看完以上實(shí)驗(yàn),所有人都會(huì)萌生同一個(gè)想法:測(cè)量就會(huì)破壞原有疊加態(tài),那人類永遠(yuǎn)看不到粒子原始虛無(wú)疊加態(tài)嗎?永遠(yuǎn)看不到宇宙無(wú)人觀測(cè)的真實(shí)模樣嗎?
早期物理界答案:是的,永遠(yuǎn)不可能。觀測(cè)即改變,是量子底層鎖死規(guī)則。
但近些年量子前沿領(lǐng)域,突破誕生了顛覆性技術(shù):弱測(cè)量。
不用專業(yè)公式,大白話講解弱測(cè)量核心邏輯:
放棄直接觀測(cè)目標(biāo)量子粒子,不直接給目標(biāo)粒子下發(fā)測(cè)量指令。選取一顆輔助耦合粒子,靠近目標(biāo)粒子,二者產(chǎn)生微弱能量關(guān)聯(lián)。我們只觀測(cè)輔助粒子狀態(tài),反向推演目標(biāo)粒子原始狀態(tài)。
力度把控足夠微弱,就不會(huì)觸發(fā)目標(biāo)粒子波函數(shù)坍縮,既能獲取信息,又不破壞疊加虛無(wú)狀態(tài)。
類比通俗解讀:
直接當(dāng)面詢問(wèn)男生愛(ài)不愛(ài),屬于強(qiáng)測(cè)量,直接坍縮心態(tài);打聽(tīng)男生好友、觀察男生行為細(xì)節(jié),屬于弱測(cè)量,不打擾男生本心疊加狀態(tài),悄悄窺探真相。
放到編程角度解讀:弱測(cè)量就是后臺(tái)內(nèi)存探針,只讀代碼數(shù)據(jù),不修改代碼運(yùn)行狀態(tài),不觸發(fā)界面渲染,悄悄查看未觀測(cè)之前的原始代碼樣貌。
目前全球弱測(cè)量技術(shù)尚在起步階段,精度有限,但已經(jīng)可以捕捉部分粒子未坍縮疊加態(tài),是未來(lái)解鎖宇宙虛無(wú)真相的唯一突破口。
物理從來(lái)不只有理論,詭異的測(cè)量規(guī)則,早已落地商用,最典型就是基于斯特恩實(shí)驗(yàn)研發(fā)的BB84量子加密協(xié)議,也是全球第一代量子通信底層協(xié)議。
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依托量子兩大測(cè)量特性搭建加密體系:
第一:每一次維度測(cè)量,都會(huì)改寫粒子狀態(tài);
第二:粒子測(cè)量結(jié)果,僅上一位測(cè)量者知曉,第三方一旦竊聽(tīng)測(cè)量,粒子狀態(tài)直接篡改,收發(fā)雙方立刻察覺(jué)竊聽(tīng)行為。
通俗講:竊聽(tīng)=測(cè)量,測(cè)量=改數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)一改,加密失效,雙向預(yù)警。這就是量子通信理論上絕對(duì)無(wú)法破解、無(wú)法無(wú)痕竊聽(tīng)的核心原因,完全依托量子測(cè)量規(guī)則搭建。
全文復(fù)盤所有內(nèi)容,回歸開(kāi)篇靈魂拷問(wèn):沒(méi)有測(cè)量之時(shí),宇宙具備實(shí)體嗎?
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結(jié)合百年實(shí)驗(yàn)、各大派系理論、虛擬世界猜想總結(jié)答案:
1、宏觀世界的客觀實(shí)在,只是人類大量、持續(xù)觀測(cè)測(cè)量后,穩(wěn)定渲染出來(lái)的穩(wěn)態(tài)結(jié)果。萬(wàn)物看似恒久存在,是因?yàn)槿祟悺⒆匀还饬W印⒂钪嫔渚€,無(wú)時(shí)無(wú)刻不在對(duì)萬(wàn)物進(jìn)行弱測(cè)量,維持物質(zhì)具象狀態(tài);
2、絕對(duì)無(wú)人、無(wú)儀器、無(wú)能量擾動(dòng)測(cè)量的封閉空間內(nèi),物質(zhì)退回概率波狀態(tài),無(wú)形態(tài)、無(wú)屬性、無(wú)實(shí)體,歸于虛無(wú)代碼;
3、唯物主義的客觀獨(dú)立,是宏觀穩(wěn)態(tài)下的經(jīng)驗(yàn)結(jié)論,不適用于量子底層規(guī)則;意識(shí)不一定直接創(chuàng)造物質(zhì),但觀測(cè)行為,一定創(chuàng)造物質(zhì)當(dāng)下形態(tài);
4、測(cè)量本質(zhì)至今無(wú)解,這不是科學(xué)落后,是宇宙底層設(shè)定:禁止人類不觀測(cè)就窺見(jiàn)全貌,所有實(shí)體,都是觀測(cè)賦予的臨時(shí)結(jié)果;
5、我們大概率身處虛擬投射世界,所謂客觀物質(zhì),只是測(cè)量觸發(fā)的臨時(shí)渲染代碼。我們所見(jiàn)山河星海,從來(lái)不是宇宙本來(lái)面目,只是適配人類感官、人類測(cè)量維度的專屬具象畫面而已。
最后沿用系列科普結(jié)尾句式:
如果你覺(jué)得完全讀懂了量子測(cè)量,恰恰說(shuō)明,你完全沒(méi)看懂量子世界。畢竟連物理學(xué)家都坦言,沒(méi)人真正懂量子力學(xué),我們只是習(xí)慣了它的詭異而已。
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