為什麼量子力學的“疊加態”概念非常可怕?

前面文章中我講解了量子力學的一個概念:疊加態。也就是說一旦進入了微觀世界,微觀粒子的運動情況和我們宏觀物體完全不一樣,宏觀物體在某一個時刻都永遠只處於一個位置並且只擁有一個速度,但是微觀粒子卻是在某個局部範圍內處於疊加態。但是疊加態本身是否是一種科學的論述方式呢?為啥這個疊加態概念很可怕呢?今天我們來談談這個問題。

首先宏觀世界有沒有疊加態?其實還是有的,只不過宏觀物體的疊加態非常的微弱,微弱的讓我們可以直接忽略掉而已。因為前面我專門寫了一篇文章介紹“海森堡測不準原理”,宏觀世界的物體波動性之所以不明顯,就是因為質量的原因導致。如果你沒看這篇文章,建議可以先去看看。

為什麼量子力學的“疊加態”概念非常可怕?

很多網友對疊加態有誤解,比如當我描述一個微觀粒子在某時刻所處的位置時,用量子力學的語言來表達就是:微觀粒子此時處於A的概率是30%,處於B的概率是50%,處於C的概率是20%,也就是微觀粒子同時處於A、B、C的疊加態。但是大部分網友會這樣解釋:因為微觀粒子運動速度太快了,所以導致我們看起來微觀粒子好像同時處於多個位置,如果我們的觀察技術提升,那麼還是可以看到微觀粒子在某一個時刻其實只處於一個位置。

為什麼量子力學的“疊加態”概念非常可怕?

以上的網友解釋應該說非常符合我們的常規和直覺對不對?可惜這個解釋是錯的,因為我們目前的觀察技術而言,微觀粒子的運動速度再快能快過光速嗎?現在的科技發展測量高速粒子的運動速度技術已經非常成熟了,所以你首先要明白一個事實:微觀粒子要用疊加態來描述,不是因為微觀粒子的運動速度太快導致的。

其次你要明白一點,假設此時有一個電子,我們計算出來電子處於A位置的概率是20%,B位置的概率是80%,那麼電子就同時處於A、B位置的疊加態對不對。此時再舉一個類似的例子,假設宏觀世界裡面拋硬幣,我往上一扔然後仍由硬幣落地,但是我並不去看落地的結果,那麼此時我們知道,硬幣是正面的概率是50%,硬幣的反面概率也是50%,那麼請問:此時我們可以說硬幣處於正面和反面的疊加態不?

為什麼量子力學的“疊加態”概念非常可怕?

大家可以好好思考這個問題,其實對於扔硬幣來說,我們雖然知道概率是各佔50%,但是我們未觀察結果前,我們不能說硬幣處於疊加態。但是面對一個電子,我們未觀察前,我們卻可以說電子的確是處於A和B的疊加態。大家明白這兩者的差別沒?

沒錯,電子處於微觀世界,當你把一個電子控制在某個局部範圍內(比如A和B位置),那麼此時你不去觀察時,電子的確是同時處於A和B兩個位置的,只不過A和B兩個位置分到的概率值不同而已。但是如果你再宏觀世界去拋硬幣,當硬幣落地後,你如果不去觀察硬幣,那麼硬幣絕對不是同時處於正面和反面的疊加態,硬幣肯定是隻處於某一個狀態且概率是100%,另一個狀態概率是0%。所以理解疊加態的關鍵就在於:觀察。沒錯!當你未觀察前,你可以說電子同時處於A和B疊加,但是不能說硬幣同時處於正面和反面的疊加。

為什麼量子力學的“疊加態”概念非常可怕?

而且最關鍵的問題在於,當你未觀察前,電子的狀態是不確定的,但是硬幣正反面結果卻是確定的。當你觀察的一瞬間,電子的狀態才確定,但是硬幣的狀態卻是你觀察前就確定了。當你再次不觀察後,電子的狀態再次不確定,硬幣的狀態依然是早就確定了。所以微觀世界和宏觀世界的差別就是:

為什麼量子力學的“疊加態”概念非常可怕?

微觀世界:觀察前電子狀態不確定,觀察一瞬間電子狀態確定,觀察後電子狀態再次不確定。

宏觀世界:觀察前物體狀態確定,觀察一瞬間物體狀態確定,觀察後物體狀態依然確定。

而且還有一個重點是:微觀世界的物體,為啥觀察的一瞬間狀態就確定了,因為正是你的觀察導致微觀粒子的狀態被確定下來。你的觀察不僅僅是“發現”微觀粒子的狀態,你的觀察還“創造”了微觀粒子的狀態。你對微觀世界的觀察不僅僅是“發現”,你的觀察行為和看到的結果產生了因果關係。當你理解到這一層,你才算真正理解微觀粒子的疊加態,到底是要表達啥意思。


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