【科学史话】量子世界——上帝之手

楼主:geffect_fraily 时间:2013-03-17 10:37:00 点击:629032 回复:8642
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作者:Ridiculogical 时间:2017-11-20 20:33:16
  现在,再让我们回头看看薛定谔猫和EPR佯谬,就可以发现:他们假定的经典物理世界的局域性和实在性,在量子世界中都已经不再存在了。就薛定谔猫来说:这个“猫”,无论大小,在他出生的那一时刻开始,都一直处于和周围环境之间作用的“退相干”过程之中,很可能不用等打开箱子,他就已经变成了一个具有确定的经典物理的状态的“死猫”了 。。。

  对此结果,霍金说过:他一听到有人说薛定谔猫,第一反应就是找把枪把猫打死。而近些年物理学家不断的制备出大集团的量子叠加态组成的“猫态”(叠加态),包括量子计算需要的多量子纠缠态,最大的难关都是如何延长量子退相干的时间,才能获得相对稳定有实际意义的“猫态”。

  最后,如果我们对量子所处的状态变化做一个类比描述,应该不是从“0”平滑连续过渡到“1”的莫比乌斯环,而更接近是互补原理的扩展:一大堆类似DNA双螺旋结构的“平行宇宙”中,一个个量子穿梭往来,“纠缠”不已。在某一个时刻如果我们去观测造成的“退相干”,或者通过它们自发的“退相干”,它都会呈现出某一个“显性基因”控制的“确定”状态让我们看到。 -- 这,就是从量子世界的偶然性实在的“不确定”状态,到我们经典物理世界的必然性实在的“确定”状态之间的突变过程。

  那么回到最初的问题:量子力学是否是完备的?

  首先我们要知道:物理理论不是数学或者哲学理论,不可能是放之四海而皆准,一定不可能存在绝对的完备性,就现代物理的两大支柱:相对论和量子力学来说,前者无法解释微观想象,后者无法解释宏观现象。尽管我们经常把他们结合起来解释一些现象,但就理论本身来说,他们都不是能够适用于自然界所有物理现象的“完备的”基本理论。

  其次,就爱因斯坦等从经典物理的局域性和客观实在性所质疑的“完备性”的缺陷来说,我们之前已经说明了,这种观念已经过时了。我们应该放弃物理理论可以一次性独立的对“客观实在的”研究对象进行完整描述这样的期望,而代之以运用不同的方法或者视角,将多次研究的结果综合起来才能获得对研究对象的完整描述,这样的理念。

  那么,为什么现在还是有很多人认为:量子力学比较相对论,更加的“不完备”那?

  我想,原因就在于:量子力学和相对论都已经它们超出了我们日常经历形成的惯常经验,在这方面,量子力学所研究的微观世界于日常经验的偏离更加的突出。因而,我们从宏观和相对低速的日常经验形成的固有的世界观,在相对论,乃至更加“离奇”的量子力学面前就全然的无法立足了 -- 如果没有观念的更新,就不可能接受这种全新的视角下的物理理论所描述的“世界”,也就会让人本能的排斥带来这种新的世界观的物理理论了。
作者:秋色飞扬5566 时间:2018-01-23 00:42:21
  我能说我从15年开始看,这已经是第三遍了吗
作者:Ridiculogical 时间:2018-01-28 16:48:27
  @秋色飞扬5566 2018-01-23 00:42:21
  我能说我从15年开始看,这已经是第三遍了吗
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  谢谢欣赏。也欢迎提出建议,或者问题。
作者:蔡福关 时间:2018-02-21 11:08:06


  刘慈欣在《流浪地球》里说过:“人类要始终坚信自己拥有可以战胜一切困难、一切绝望的信心,失去信心比死亡都可怕!请看天涯论坛网罗天下《超光速振动的宇宙和催眠术的关系》,蔡福关给人类不死论指出的最后出路。

  巨大的信心能量可以改变人类命运,弯曲宇宙空间,把宇宙中蕴含的智慧全部吸引过来,坍缩在一起为我所用,在用智慧给出的信息力量、从新操控宇宙的运动,让人类可以永远幸福的活着。
作者:Ridiculogical 时间:2018-02-25 22:11:13
  看到中科院物理所曹则贤研究员在2017年研究生开学典礼上的演讲,挺有意思。比较有感触的三个观点:

  1. 物理学是探究世界的运作的规律的学科,物理学家更加愿意探讨事物变化的本质,要从各种(数学公式和实验所描述的)变化中寻找到不变的东西,才是物理的根本追求。比如:各种的守恒,还有对称,都是世界的根本原理,理解这些才是理解了物理。
  2. 物理是实验科学,但是实验仪器能够测量到的,通常并不是物理量,而是通过一些特定的工具和假设,间接的得到一些物理量的测量结果。比如:最简单的温度计,就不是直接能够得到温度值 -- 实际上,很多物理研究者在做实验的时候,需要充分理解他们的仪器设备在“做”什么,才能够在出现异常的时候,立即反应出问题在哪里,可能有了什么样的发现。
  3. 物理学家要做到对世界的运作规律的认识,甚至只是充分了解他们到底在“做”什么,都是一件很难的事情。可能80%干物理的,都不知道他们的工作到底是什么 -- 就好像:那些说量子力学相对经典力学,是革命性的的全新理论的人,可能是没有搞懂经典力学,因而也没有搞懂量子力学的人。总之:物理工作很难,研究物理的不要为了一下子完全“搞懂”,就去钻牛角尖 。。。
作者:Ridiculogical 时间:2018-02-25 22:11:33
  就说最近,给儿子讲初中物理,就有新的体会。

  什么是浮力? -- 浮力就是物体在液体或者气体中受到的上下两个方向的压力之差。

  由这个定义,我们可以通过积分的方法得到阿基米德浮力定理。还可以有一个有趣的推论:一个沉入装满水的容器的物体,如果容器和物体相接触的两个表面,都足够光滑平整,那么物体下方就没有水,也就不会受到水向上的压力,此时,水中的物体就只是受到水向下的压力,而不存在向上的浮力。
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作者:喜欢上班有点累了 时间:2018-03-21 14:48:35
  m
作者:阳澄伯 时间:2018-03-21 16:06:50
  呵,再观有很多感慨
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作者:jkshore 时间:2018-03-26 08:39:48
  80
作者:Ridiculogical 时间:2018-03-30 08:24:24
  在另一个帖子里谈到可能或然到现实之间的转化,在物理研究中的表现,以及对我们的感觉的影响,也搬过来。欢迎展开讨论:

  可能和现实之间,有怎样的区别?很多时候,我们都会有意无意的将可能和现实之间的鸿沟给忽略掉了,以至于产生错误的认知。

  拿最近大热的量子计算为例。有一个经常被拿来代表量子计算机的能力的参数:量子计算的量子比特数。今年以来,领先的研究小组已经把这个数字提高到了超过50个量子比特。但是实际上,这个似乎被看作代表了量子计算机的计算能力的比特数,不过是在量子纠缠的可能性中进行一些组合,是无法得出可靠的结果的。量子比特,从目前的可能性到实际应用之间,还需要克服如何“纠错”这一关 -- 物理层面的量子比特的的可能性之间经过一次量子纠缠所得到的结果,太不靠谱。要化为具有实际意义的现实的计算结果,必须经过多次重复,经过逻辑上的“纠错”才可以。这样一来,要得到现实可用的纠错之后的成百上千和逻辑量子比特,我们需要物理上的百万个甚至更多的量子比特,而且量子计算所需的时间大大延长,效率大大下降。可以说:量子计算要从现在的物理实验的“可能性”,变成现实上的逻辑量子比特组成的计算机,还有很长的路要走,何时走完,甚至能否走完,都还是未知的。

  回到量子力学本身对世界的描述。我们知道:量子世界里,我们观察到的世界的状态就是一个可能性概率分布的波函数。就连我们观察者的状态,也一样是不确定的一个波函数。更加难的是:我们自己的波函数,是无法通过我们自己能够通过观察认知道德,而必须要通过另一个观察者 -- 当然,我们也可以观察到那一个观察者的波函数 -- 把这一个景象综合来看,我们可以说:没有一个人能够得到有关于我们所在的这个宇宙的全部概率分布函数。只有当我们将所有可能观察者得到的结果综合起来,才能得到有关宇宙的完整的描述 -- 这也是从许许多多的“可能”得到一个“现实”的例子,也是我们从有关量子世界的的瞬间变化的无数“可能”过渡到惟一的物理“现实”的认识方法。

  被看作始终保持对物理现实的描述的相对论,预言到了“黑洞”的存在。但是:落到黑洞中的物质,它们原有的信息就彻底消失了吗?本来可以看作理想黑体的黑洞,就没有温度,不符合热力学定律了吗?在这里,霍金通过引入量子力学的涨落的“可能”分布,得出了黑洞也仍然在不停的辐射的机制,证明了黑洞仍然是符合热力学定律的黑体辐射公式,具有可以确定的温度,也可以用无序度“熵”来描述其状态。-- 这一次,我们看到了:原来确定的物理现实,如何通过不确定的量子涨落效应,得到了热力学早就预言的温度和无序的“熵”。这一次,是霍金让我们开了一次眼,让我们第一次在一个物理实体中得到了相对论,量子力学和热力学统计共同发挥各自作用而又和谐统一的景象。

  -- 我们对事物的认知,首先是建立在我们头脑中的种种可以是荒诞不经的“可能”的图像基础上,然后经过多种多样的“纠错”过程:包括我们自己的试错,也包括和其他人的认知结果加以对照。才能得到我们关于“现实”的知识。在这个过程中,我们也同时得到了关于“时间”的感知,有了“历史”的观念:历史,就是经过我们感知到的一个个现实的事件,有序排列而组成的。最后:我之所以是“我”,也就有了初步的雏形 。。。
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作者:Ridiculogical 时间:2018-03-31 20:15:40
  一个有意思的问题:

  牛顿第一定律(惯性定律),是否是建立在被实验证明的基础上的?

  先来复习一下牛顿的原文:任何物体都要保持匀速直线运动或静止状态,直到外力迫使它改变运动状态为止。

  实际上,因为我们无法找到一个严格意义上“保持匀速直线运动或静止状态”的物体,所以,第一定律是无法通过实验被严格证明的。牛顿第一定律,根本上就是一个假说,而这个假说,得到了大家的公认,到现在也没有实验现象可以推翻这个假说,所以就成立了。

  -- 牛顿定律尚且如此,何况是宇宙大爆炸理论,或者是霍金提出的有关黑洞的理论假说。

  -- 科学假说或者理论的生命力,就在于被更多的科学工作者认可和运用。

  -- 教科书上的“经典”理论,都是多年前的老古董,是用来教学的,而不是用来“证明”或者“说明”什么才是“科学”的 -- 这一点,习惯于应试教育的国人,尤其需要搞明白。

  -- 科学,不是一些知识或者标准答案的罗列,而是具有鲜活生命力的方法。
  • 阳澄伯: 举报  2018-07-11 19:17:00  评论

    评论 Ridiculogical:唔,对!
  • 阳澄伯: 举报  2018-07-11 19:20:12  评论

    评论 Ridiculogical:参照系的运动状态要由另一个参照系来描述,如此下去以至无穷
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作者:Ridiculogical 时间:2018-03-31 20:15:58
  谨以此,纪念霍金 。。。
作者:迥脱根尘 时间:2018-05-22 18:11:25
  记号
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作者:西楼月01 时间:2018-10-15 10:13:26
  好帖子,支持楼主。
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作者:沈沁知 时间:2018-10-19 10:28:58
  收藏学习
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作者:hero_wudi 时间:2018-12-16 01:50:16
  d
作者:Ridiculogical 时间:2018-12-25 21:09:32
  @hero_wudi 2018-12-16 01:50:16
  d
  -----------------------------
  谢谢
作者:hero_wudi 时间:2019-01-06 09:45:10
  d
作者:Ridiculogical 时间:2019-01-25 10:10:15
  解释一下相对论的时空观。

  我们知道:狭义相对论重新定义了时间和空间之间的关系。在这个理论框架下,不仅仅是接近光速的运动得到了新的运动公式,把牛顿运动方程变成了一个低速的近似,更重要的是,通过同时性的相对性,将空间和时间一体化,成为互相依赖的物理量,任何事件,只有在时空四维中才有物理意义。单纯的过去现在未来的时间成了无法确定的东西。

  举个例子:一个距离我们地球100亿光年之外的人观察地球(假设地球是静止的),如果这个人相对于我们地球也是静止的,那么大家就有同步的过去现在和未来的时间变化。但是如果他面对我们快步(大约每秒1.5米的步行速度)走来,我们的“现在”就会变成他的“未来”100年的时刻 — 或者说:他就会认为自己能够“看到”我们100年后的地球上发生的事件。反过来:如果他以同样的速度背离地球走动,他就会“看到”地球上100年前发生过的历史事件 — 这里的“看到”就是信息传递出去,要真正接收到还需要100亿年(如果信号可以被接受到的理想情况)。

  我们可以说:我们的过去现在和未来上地球发生的,就是一场在100亿光年外的人看到的一系列确定的事件组合出来的戏剧,在不同的地点的不同的相对速度参照系里的人,可以“同时看到”我们的过去现在和未来 — 因为他们的“同时”和我们的不一样。所有事件,在相对论四维时空中就是已经确定的存在,所以才可能在不同参照系中无缝切换和信息传递。从宇宙整体来看,一切事件之间没有固定的先后次序间隔和因果关系,只是所有事件在四维时空中的存在。这个就是相对论时空中没有确定的过去现在未来的“绝对现实”的存在。

  我们每个人,都不过是在这个四维时空中,以某一个起始点,以某一个角度通过“光速感知”扫过一系列事件,并以此得到的历史时间的感觉得到了我们的时间和因果关系。— 在时空光锥内,我们是自导自演的演员。在时空光锥外,一切都超出了我们的影响能力,是别人演戏,我们当观众,对我们来说,那些剧情就是“已经”存在的了 (这里的“已经”首先是我们观众角度的说法)。
  • 阳澄伯: 举报  2019-03-14 17:04:21  评论

    评论 Ridiculogical:在人类的生物感知尺度内,现实生活的同时性和″绝对"空间还是真实可靠的。
  • Ridiculogical: 举报  2019-03-14 19:02:01  评论

    评论 阳澄伯:确实,不谈“绝对”的话,人的感知的视角和上帝视角是完全不同的。-- 至于说“绝对”的空间和时间,在相对论变换下并无实际意义
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作者:Ridiculogical 时间:2019-01-25 10:11:31
  就物理上说,相对论的时空观下,事件之间可以是孤立的可观察对象,是我们的观察将这些事件连接了起来:所有的事件都是在时空中的存在,没有确定的过去未来的区分。事件的次序和因果关系都是人在某一个观察系中进行观测之后才有的结果 — 如果你有了所有的事件在时空中存在的分布,就可以描述任何一个参照系的观察结果了。

  如果从哲学上探讨这个问题对于人的自由意志和认识论的意义,我们可以说:这里有两个视角:一个是跳出过去未来,不在时间次序和因果关系中的“绝对现实”;一个是人类感官得到的时间,历史和因果关系。只有后一个视角,才能解释我们可以认识,创造和影响现实世界中的存在,才能解释我们的人类文明的发展过程。— 前一个视角,仅仅对全知的“上帝”才有实际意义。“上帝”造人,也许就是想要人来创造一些如果没有人,就不会出现在现实中的各种事物。
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作者:老巩论史 时间:2019-02-07 22:07:53
  真是大作,顶起
  
作者:大_水_缸 时间:2019-02-07 22:17:50
  是不是量子物理史话那个作者
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作者:大_水_缸 时间:2019-02-07 22:19:38
  13年的帖子
作者:涩咪咪 时间:2019-03-15 06:43:40
  加油
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作者:人生若只如初见uu 时间:2019-04-29 22:16:38
  M
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作者:Ridiculogical 时间:2019-04-30 11:39:19
  最近看到一篇法国物理学家科普量子力学的短文,非常有意思,对破除关于量子力学的迷信,很有帮助。他谈了七点常见误区。中文有翻译了前六点,我先给个链接如下。第七点,关于神秘化量子力学的问题,晚些时候翻译。

  https://mp.weixin.qq.com/s/3NqzJBtp3-8kQVAq9wX5HQ
作者:Ridiculogical 时间:2019-04-30 14:30:06
  (关于量子力学的常见的误区的译文)
  7. 量子力学可能解释一些另类的配方和神秘事物。

  许多相信超自然现象和一些秘方的人,宣称他们受到了量子力学的启发。印第安美国人Deepa k Chopra就是这种主张的其中一个最著名的支持者。他发明了一个量子神秘主义,让虚假的新世纪灵学用科学的行话重新包装了起来。比如:“人类的量子身体的本质”,“带控制反馈回路的局域化的能量和信息场”,“量子力学身体的共振”。他然后标榜自己建立起了大脑,意识,物质和宇宙间的量子关联。基于把身体看作是充满“振动态”和“生物共振”的“一个震荡能量场”,可以开出“量子配方”用于医疗。

  这些在以下两点都不诚实:首先,用本来并无神秘之处的科学术语来神秘化量子物理,尽管所有实验结果和日常生活都证明了其有效性。另外,这些“配方”或者信念所描述的任何一个现象,都没有丝毫科学依据。总之,在量子物理中有着非常确切含义的词汇,在这些伪科学里全部被用错了。

  当量子的性质被外推到人体大小的尺度时候,就有了更多的骗局。有一点非常清楚:类似叠加态或者量子化这样的量子性质,在人体尺度的现实世界中是无法适用的。2012年的诺奖获得者Serge Haroche已经用实验证明了这一点:当一个研究对象与周围环境的相互作用过多,尺寸过大的时候,就不再是一个量子体了。

  无论怎样,我不想评价那些希望尝试这些的人们,因为那属于信仰而非科学领域。每个人当然可以做他想做的事情。我只是提醒人们不要一再的假装那些东西在量子物理里有任何科学依据,任何类似宣称都是虚假的。
作者:u_110163848 时间:2019-06-04 22:32:45
  这个有书出吗?我想买一本慢慢看
作者:弱肉强食的棋子 时间:2019-06-09 21:57:40
  有一点,我们所谓的宇宙,其实是一个黑洞!分解为链接无数个平行宇宙的无数个黑洞!这个通道被更高文明的穿越者叫做彩虹之光!
作者:弱肉强食的棋子 时间:2019-06-09 22:56:47
  我们所认为的宇宙其实全都是某一更高文明虚拟出来的一个宇宙空间!
作者:弱肉强食的棋子 时间:2019-06-09 23:18:35
  知道像爱因斯坦牛顿之类的后期都研究神学吗,因为微观理论都是说不通和错误的,因为我们宇宙是被某一更高文明创造出来的模拟宇宙!这个一类接触的创造的跨度为一!就像我们用大型计算机设计出智能计算机,而计算机又自行设计了一智能体一样!
作者:Ridiculogical 时间:2019-11-07 11:58:39

  从量子偶然性到宏观确定性,我们没有一个统一的运动方程,量子力学和相对论不兼容。可是如果是数值运算,一个粒子的运动是概率分布的,波函数会出现许多个局域的极值难以收敛。可是如果是多粒子,几百几千个运动参数形成的“超空间”,互相之间加权之后,这些局域的峰谷互相抵消,反而很容易出现一个广域空间的收敛值 — 这就是量子退相干的原理。所以:尽管没有一个精确的运动方程,可是宏观的多粒子体系一定是处于足够的精确收敛的解的状态。宏观就是确定的。
作者:Ridiculogical 时间:2019-11-08 20:03:38
  换句话说:尽管我们没有从微观到宏观都适用的大统一理论的运动方程,可是有了退相干的数值计算,还有相应的实验结果验证,从偶然随机的量子力学到宏观的确定性之间的鸿沟,已经被物理学家填平了。

  基于这样的基础,才有了量子计算能够进行实质性研究的可能性。对于量子力学的理解,也从刚发现时候的“疑虑重重”,到了现在的信心十足。连以前最最不可思议的量子纠缠,除了进行量子计算之外,最近几年还有了一个最新的应用:就是把量子纠缠和退相干得到的物理计算的结果,和人工智能的神经网络结合起来,互相启发得到更加高效的神经网络结构,用来解决网络算法的积累和选择的问题。

  可以说:未来可能出现以量子计算为基础的强人工智能,从硬件设计到算法实施,都和微观世界的随机性紧密的结合了起来。
作者:新昌仁慧111 时间:2019-11-18 20:27:34
  数学公式和推理往往会战胜常识。
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