詭異的現象,一個電子真的可以同時處於多個位置?

上一篇文章我介紹了微觀粒子的波動性問題,其中重點談到了微觀粒子的波到底是一種啥波,其實就是概率波,也就是微觀粒子是在對概率值做傳遞,所以微觀粒子的波動性並不是說微觀粒子運動軌跡像波形,而是微觀粒子的概率值在數學上畫出圖像波。但是這這種概率波到底如何理解呢?

首先微觀粒子的概率波有兩種,一種是位置概率波,一種是動量概率波,除此之外你可以理解為沒有其它波了。我們首先來談位置概率波,這個波是起源於微觀粒子可以同時處於多個位置的疊加態。一個微觀粒子如何才能同時存在於多個位置呢?很簡單,我們可以用概率來描述這種詭異的狀態。

詭異的現象,一個電子真的可以同時處於多個位置?

比如存在A、B、C三個位置,取某一個瞬間來看,宏觀物理肯定要麼在A,要麼在B,要麼在C對不對,不可能出現一個宏觀物體同時存在於A、B、C三個位置,如果宏觀物體同時出現在三個位置,那隻能說明這三個位置各自有一個宏觀物體,也就是說宏觀物體有三個。

但是到了微觀世界就不一樣了,一個電子的確可以同時處於三個位置。但是請注意,電子並不總是處於三個位置,有一個特殊情況電子會只處於一個位置並表現出和宏觀物體一樣的特性,這個特殊情況就是“觀察”。也就是說未觀察前,電子是同時處於三個位置,但是一旦人類去觀察,那麼電子就馬上只出現在一個位置了,電子就好像知道你在觀察它,馬上就只乖乖呆在一個位置。

詭異的現象,一個電子真的可以同時處於多個位置?

電子在未觀察前處於三個位置的疊加態,觀察的一瞬間電子變回“本徵態”(本徵態就是類似宏觀物體只處於一個位置的狀態),當人類不觀察了,電子會由本徵態再次變回多個位置的“疊加態”,也就是說人類的“觀察”已經影響到了電子的運動情況,也就影響到了微觀世界的演化。

有網友也許會提問,未觀察前你怎麼知道電子是同時處於三個位置?的確!我們未觀察前並不知道電子到底處於啥運動狀態,但是我們可以對電子的運動狀態做幾個猜測,其實被觀察前電子運動狀態無非只有兩種情況,要麼處於多個位置的疊加態,要麼處於只有一個位置的本徵態。

詭異的現象,一個電子真的可以同時處於多個位置?

所以我們只需用排除法,證明其中一個狀態是不可能的,那麼就間接證明了電子的運動狀態了。我們是如何證明被觀察前,電子的確沒有處於本徵態呢?很簡單,我們可以計算概率來得出結論,具體就是“貝爾不等式”,關於這個問題我前面專門寫了一篇文章來講解,這個實驗就是通過統計的方式來計算概率值,發現貝爾不等式在宏觀世界成立,但是在微觀世界不成立,從而證明的被觀察前電子的確處於多個位置的疊加態而非本徵態。所以被觀察前電子的確處於多個位置的疊加態,這個大家可以不需要質疑了。

詭異的現象,一個電子真的可以同時處於多個位置?

由於電子的疊加態早就已經被實驗證實了,所以我們描述微觀粒子的運動狀態,就不能用宏觀世界總結的牛頓力學來計算微觀粒子的運動狀態了,我們預測微觀粒子也只能用概率來詮釋運動狀態。當一個電子我想知道t=10秒時的運動狀態,我可以用薛定諤方程解出這個電子的波函數,然後通過波函數得出一個位置概率圖,這個圖可以告訴你t=10秒時,電子在A的概率是30%,在B的概率是60%,在C的概率是10%。如果電子可以同時處於100個位置,那麼t=10秒這一個時刻,電子的這100個位置幾乎每個位置都能分到部分概率值。而且要注意的是電子的位置概率分佈,是會隨著時間變化而跟著變化的,並非一成不變。我是小彭來給您解惑,如果喜歡文章可關注,如果有異議可評論。


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