小油滴實驗能否將量子力學重新還給上帝?或將誕生一個量子新世界

小油滴實驗能否將量子力學重新還給上帝?或將誕生一個量子新世界

這個世界是真實的嗎?

可能有些讀者會感覺這個問題很奇怪,這個世界當然是真實的!因為你、我、他都真實生活在這個世界之中,我們看見的畫面是真實存在,我們觸摸到的物體是真實的存在,每個人都能真實的感覺到喜怒哀樂,是的,如果以宏觀世界人的角度來說,這個世界肯定是真實的,不然我們就失去了存在的意義,但如果將我們人類縮小到無數倍,將我們生存的宏觀世界變成微觀世界的話,那麼統治宏觀世界的經典物理學就將失去作用,量子力學就將成為能夠解釋微觀世界粒子運動的唯一真理,既然統治者發現了變化,那麼我們在宏觀世界得出的一切結論都可能不適於微觀世界,當然,這其中也包括我在開頭提出的問題:這個世界是真實的嗎?

保守派與維新派的水火不容

在20世紀初量子力學剛剛建立的時代,由於微觀粒子展現出太多不可思議的現象,導致量子力學分裂成兩大水火不容的陣營,第一陣營是愛因斯坦、薛定諤、德布羅意為首的決定論派,我們稱之為經典物理學的捍衛者,或者說是保守派,保守派認為一切的微觀粒子都是真實存在的,任何粒子的運動都是可以通過規律、公式計算出來的,第二陣營是以玻爾、薛定諤、波恩為首的哥本哈根學派,我們稱之為新量子力學的建造者,或者說是維新派,維新派認為:任何粒子在沒有被觀察之前都是不具有實際意義的、都是不真實,粒子會嚴格的按照波動方程的要求、以概率的形式、不真實的彌散在空間中,從本質來說,微觀世界乃至整個世界都是建設在概率的基礎之上。

小油滴實驗能否將量子力學重新還給上帝?或將誕生一個量子新世界

在量子力學的發展之初,兩大陣營對戰激烈、分庭抗禮,後來越來越多的實驗、現象包括雙縫實驗、貝爾實驗都偏向於玻爾為首的哥本哈根詮釋,玻爾利用概率的角度向大家展示了一個不真實的世界,使用微觀粒子的不確定性將量子力學上帝手中奪走,波爾也讓大家接受了不確定性、波粒二象性等新量子理論,至此,玻爾為首的哥本哈根詮釋成為了量子力學的正統,雖然愛因斯坦,德布羅意都曾經提出新理論來試圖奪回量子力學的主導權,但始終無法撼動哥本哈根詮釋。

神奇的小油滴實驗

小油滴實驗能否將量子力學重新還給上帝?或將誕生一個量子新世界

在2005年,物理學家伊夫斯·庫代巴黎實驗室工作的學生偶然發現一種很神奇的現象:當小油滴在震動的油表面運動時會發生反彈,當油滴發生反彈時,油滴會在液體中上下跳動,小油滴利用這種運動構建了一組小波浪,這種小波浪通過傾斜的波形為小油滴提供動力,這使得小油滴可以在自己構建的小波浪中自由航行,而且小油滴只能按照小波浪組成的軌道運動,有時還會在軌道之間跳躍,甚至還會隨機的出現一些穿越現象,這種現象立即引發了伊夫斯·庫代的注意,因為小油滴的展現的量子化軌道、躍遷等現象與物理學家德布羅意提出的導航波、或者導波理論驚人的相似,在油麵上自由航行的小油滴似乎向伊夫斯·庫代展示了一個由德布羅意導航波理論構建的一個真實的量子世界。

德布羅意:導航波理論

講到這裡,我有必要向大家簡單的介紹一下德布羅意的導航波理論,德布羅意作為經典物理學的捍衛者,曾經提出了一個理論試圖挽救搖搖欲墜的量子力學,這個理論就是導航波理論,導航波理論大致就是說:不存在波粒二象性,這個世界也是真實的,粒子不論是被觀察、還是沒有被觀察都是一個實實在在的粒子,粒子之所以在雙縫等實驗中表現出了很多不可思議的特性、展現了不能被確定的一面,是因為粒子時刻都伴隨著一個波,即導航波,粒子的運動就是通過導航波來引導的,這種導航波無法被觀測、可以延伸到宇宙的各個角落,但德布羅意提出的導航波理論並沒有引起多大的關注,並不是因為導航波理論無法被證明,而是因為如果導航波真的存在,那麼導航波的速度將極大的超越光速,這就違背了愛因斯坦的相對論。

小油滴實驗能否將量子力學重新還給上帝?或將誕生一個量子新世界

除了導航波的速度超越光速之外,由於導航波理論過於抽象,無法被證明,所以德布羅意也無法將導航波理論以數學化的形式表達出現,所以導航波理論提出不久就消失了新量子力學發展的滾滾浪潮之中,不過八十多年後的小油滴實驗又使人們看到了德布羅意導航波理論復興的希望。

小油滴實驗能否將量子力學重新還給上帝?或將誕生一個量子新世界

從小油滴實驗被發現後,各國的量子力學物理學家都紛紛開展實驗,試圖解開小油滴後背的真相,這其中就包括哥本哈根學派領袖波爾的孫子托馬斯·玻爾,物理學家都想通過小油滴實驗來確定:是否真的存在一種真實、確定的量子力學?

小油滴能否通過雙縫實驗的檢驗?

小油滴實驗能否將量子力學重新送回上帝的手中,主要取決對於小油滴能否真實的複製微觀粒子的現象,那就是說小油滴能否真實的像微觀粒子一樣運動,所以物理學家想到了雙縫實驗,也就是那個連物理學家都感到不可思議、甚至毛骨悚然的實驗,小油滴能否通過雙縫實驗的檢驗,在通過雙縫後進行自我干涉呢?

小油滴實驗能否將量子力學重新還給上帝?或將誕生一個量子新世界

在2006年《物理評論快報》上刊登了伊夫斯·庫代關於小油滴雙縫實驗的結果,伊夫斯·庫代聲稱在油滴雙縫實驗中發現了類似的干涉條紋,小油滴在導航波的作用下,竟然眾目睽睽之下通過了雙縫,並且自己干涉了自己,形成了類干涉條紋,之前被譽為不可能被觀察的事情竟然赤裸裸的發生在物理學家眼前,難道量子力學將要被小油滴實驗徹底改寫嗎?

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答案:並沒有,在伊夫斯·庫代實驗發表後,各國物理學家也紛紛進行油滴雙縫實驗,但並沒有發現任何的干涉現象,原來伊夫斯·庫代的雙峰實驗存在著誤差,油麵震動、外部噪音、方法不合理等現象導致了類似於干涉條紋的產生,而並非是小油滴完美的複製了微觀粒子的行為。

關於小油滴的研究、實驗還在不斷的進行,或者這只是一個巧合,也或者小油滴的背後蘊含著一個更神奇、人類從沒探索過的世界。


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