《团圆4》中提到的量子世界真的存在吗?

时间旅行!你可以回到过去的任何时间任何地点,你可以和过去的自己扭成一团!你可以把过去的东西带到未来!如果编剧没有及时收手,恐怕过去自杀也不是不可能。在这里,连相对论都不敢碰的禁区(因果律)在量子世界都不叫物质。嗯,量子技术已经成功超越相对论了。在未来,如果你想进行时间旅行,你不需要虫洞或者传送门。只需带上上皮粒子和GPS手环,就能玩遍全宇宙的流氓。

嗯,再继续扯下去,就戏剧化了,偏离了科普主题。说到底,作者只是想蹭热度。那么什么是量子呢?这大概是吃瓜群众问量子话题最多的问题,或者说第一个问题。而有些谦虚的大科学家说“我不是真的懂量子”,似乎是说:谁敢懂量子?这让我在回答这个问题的时候特别紧张。好在团圆4够用了,我想瓜们应该不介意再拉一次。我鼓励大家批评我。孔子曾说:批评使人进步,错误是“德不孤,必有邻。”我相信有批评就一定有支持者,对吗?

为什么量子效应很难被感知?

如果想从“量子”这个词是怎么来的入手,可以去看曹则贤的“物理学谈事”系列。另外,曹天元的《量子力学史》用非常通俗的语言梳理了整个量子力学的发展史,可以说是非常值得推荐的。看完之后他还能掌握很多“量子八卦”,简直是晚餐茶摊必备谈资。但是,尽管二草提供了这么好的教科书式科普,广大的瓜群众还是会问“什么是量子?”造成这个问题的原因有三:一是网络上关于量子物理的科普其实良莠不齐,让人无所适从;其次,优秀的科普往往需要读者冷静思考才能有所收获,但现实中大多数人缺乏这样思考的时间或能力;最后,量子力学最基本的假设——波函数及其演化规范缺乏经典对应。所以,想象量子世界就像想象一个外星人或者4维以上的空间,根本无法想象。

在讲量子之前,我们首先要有一个基本概念,就是在什么情况下需要考虑量子效应?毕竟现实生活中的大部分现象都是“经典”的:一个物体在各向同性的三维空间中运动,具有一定的初始条件(位置、速度等。)根据牛顿力学定律。有几个非常重要的尺度,一个是能量尺度,一个是空间尺度,一个是时间尺度。我们居住的地球为我们提供了室温(约20摄氏度)、常压(1大气压,约1百万帕)的环境。对我们来说是温暖舒适的,但对量子世界来说真的是“恶劣”的环境!

如果我们能像电影里的蚁人一样把自己缩小到原子大小,我们会发现什么?我们会发现周围空气中的气体分子像炮弹一样朝我们飞来!这些分子的平均速度达到每秒400多米,比飞机的飞行速度还快。更可怕的是,它们密度极高。如果你移动超过60纳米(1米的十亿分之一),你几乎肯定会被击中。即使你站着不动,在刚过100皮秒(约十亿分之一秒)后,你几乎肯定会被击中!这些分子壳可能比你重,比你大。如果你的反应速度还那样正常,那就惨了,因为等你脑子回过神来的时候,你已经被砸了无数次了,根本不知道自己被打中了哪里!假设有一个观察者(比如钢铁侠)想知道蚁人的路线,而观察者的观察时间大约是秒的量级,观察范围大约是厘米,那么很容易想象观察者只能看到蚁人的“统计平均”行为,中间的细节全部丢失。

这其实是我们在现实生活中面对的真实场景,所以我们看到的,听到的,摸到的都是经典,量子效应早就被抹去了。我们能在实验室里看到量子效应,是因为我们创造了各种特殊的环境,比如极低温、超高真空,我们也有了更灵敏的观察手段,比如电子显微镜、光电倍增管。…。 .等一下。当观测的尺度与量子效应的尺度相匹配时,我们就能发现量子效应。如果可怜的蚁人的神经反应速度也随着体积的缩小成比例增加,他应该能感知到量子效应。