Re: [問卦] 波粒二象性是一種bug嗎

作者: iamlittlede (小迪)   2022-02-20 11:31:50
※ 引述《ga86041 (ga86041)》之銘言:
: 大家好早安好
: 如題像駭客任務所演
: 世界或許只是一串編碼
: 而再完美的coder也難免有疏漏
: 不小心被人類抓到波粒二象性
: 這個完全不合常理的
: 存在在狹縫之中的小小bug
: 造物主是不是嚇得瑟瑟發抖
: 造物主會回來修嗎??
: 有沒有這方面的八卦
不是bug,簡單來說是觀察世界的角度不同,就像鹽巴我用眼睛觀察是白色結晶,用味蕾
觀察他是鹹的,完全不相干的兩件事,就是"測量"的不同。
研究量子除了需要智商,更需要情商,下面我很粗略地說一下這方面的卦。
首先千萬不要用"常識"來研究量子,因為微觀跟巨觀的世界差太多了,存在著太多反直覺
的現象,要用數學當作"眼睛"來探索量子的世界,我盡量說的簡單一點,所以有一些術語
會不精準請見諒,說得太專業怕有人看不懂。
大家以為當初薛丁格殺貓咪是想幫助大家理解量子世界嗎?
不對,這是他對量子的放棄! 他認為這是無序、荒謬的存在,他是在抗議! 後來的世界對
量子理論逐漸完善,因此我們正慢慢被"說服"當中。
今天的文章是漸進式的難度,不懂的鄉民們可以看30%長度就已經很厲害的,內行的鄉民
大神們也請不要鞭的太大力,小弟程度不好只能這樣表達。
首先要理解波粒二象性,你要理解三件事情。
1.粒子的行為: 一隻動物再怎麼亂跑,也只能同時出現在"一個"地方,夠好理解吧!?
2.理解波的行為: 拿石頭丟到水裡,水波蕩漾到每個地方。
3.如果性質交換會怎樣? 發射一枚子彈,子彈的形式從粒子變成波,所以在場的每個人都
死了,像蕩漾的水波那樣攻擊。 在房間裡喊話,聲波從波變成粒子,所以只有一個人能
聽到,
理解這三件事情,會發現宏觀的世界要嘛是粒子,要嘛是波動,沒有任何混淆。
實驗一:
理科生都很熟的雙狹縫干涉,在"同一個"物體上,波跟粒子竟然有高度的相似!
每發射一顆電子,電子就會落在一個位置,這是粒子性。

那如果重複很多次實驗呢?

電子落點的結果發生了干涉,這是波動性。

擋住其中一個狹縫,變成單狹縫,波動性就消失了。

如果電子只是"隨機"通過兩個狹縫的其中一個,那應該會有"兩坨"電子,然而事實不是這
樣的,我們看見了干涉,所以一個電子在雙縫干涉試驗中,並不是通過了其中的一條縫,
而是同時通過了兩條縫,並且和"自己"發生了干涉。但是最終還是只能落在一個點上表示
粒子性,落下的位置是由"機率"決定的。落點的機率符合波的數學形式。

看到這是不是有人開始抓頭了? 所以到底為何又是粒子又是波????? 三小???
這時候你要放棄"常識",放棄"連續性"! 我舉個例子。
你現在看到一個肥宅,對,是肥宅,你下一眼再看他,也是一個肥宅,因為我們巨觀的世
界是"連續性"的。
然而,微觀的世界不是連續性的。
你現在觀測一顆電子,對,是電子,你下一眼再看他,也是一顆電子,在中間你沒有看到
他的時候,他是一個"波函數"的形式,隨著人們的觀測,他會塌縮成一顆粒子被我們看到
,所以,電子的本質是一個量子場,隨著測量,會從一個場中"召喚"出一顆電子。

這樣就有著最初步的認識了,那"觀測"這個行為就這麼神奇嗎? 能改變這個世界嗎? 我們
往下看下一個實驗。
實驗二:量子擦除
這次不用電子,用光子,更屌。
因為光子有偏振性,簡單說就是上一個實驗的3D高清版。
但是要先補充一下量子糾纏的知識,懂得人可以跳過本段。總之就是處於量子態的一對粒
子,知道其中一個的性質,那另一個也不必測量你也可以知道他的性質,這就是糾纏態。
你穿著一雙襪子,你觀測一隻腳的襪子,另一隻腳的襪子波函數狀態就會"塌縮",不必觀
測你也能知道那是隻甚麼樣的襪子。
試驗中,光子的偏振性有四種:水平、垂直、順時針、逆時針。

這是四分之一波長的3D眼鏡。
垂直的通過紅色片變成了順時針,水平的通過紅色片變成了逆時針;綠色功能相反。

光子發射槍要發射了! 它通過一種叫做下轉換(down-conversion)的方式,一次發射兩
顆處於糾纏態的光子,光子A進入我的探測光子偏振性的探測儀,假如說叫做M1,光子B進
入雙縫干涉試驗裝備,最終落到擋板上,擋板後面有個偏振性探測儀,假如叫M2。

我們會發現,戴上偏振片之後,偏振性改變了,波動性結果卻不會改變。
由於兩顆粒子是處於糾纏態的,他們其實一個是水平一個是垂直,光子B通過偏振片了,
光子A也會跟著改變,所以測量A,我們就能知道B"究竟"是通過哪個狹縫,驚人的結果
出現了,觀測A,干涉結果會消失,雙狹縫後的形狀會變成"兩坨"光子,而不觀測A,干涉
卻又出現了! 就跟實驗一的結果一模一樣!!!
這個實驗說明了"觀察者效應",M1從頭到尾沒有參與實驗,就只是一顆跟B糾纏的光子而
已,他就是一個冰冷、沒有感情、沒有意識的觀察者,卻會對世界產生影響。
再往下看吧,越往下月複雜,上面沒有釐清,可以寫信給我,沒看懂千萬別往下看,會看
不懂的,下面的結果我每次看都覺得很震驚。
實驗三:延時量子擦除:
簡單說,這顛覆了我們對"因果"的概念。

實驗大概是這樣的,一道雷射光通過雙狹縫,打到BBO上,形成了"兩對"糾纏態光子,
紅色的光路表示光子通過了上面一道縫(縫A),藍色的光路代表光子通過了下面一道縫
(縫B)。
D0的角色是上一個試驗中最後觀測擋板的角色,D1~D4是感光元件,圖中的光路,從BBO
到D1 D2 D3 D4距離是一樣的,是BBO到D0的兩倍。
如果沒有D1~D4,我們就沒辦法知道是通過紅色還是藍色路徑到達D0,D0處會有干涉條紋
BSa,BSb,BSc是三面半銀透鏡,它有50%的機率使得光子透過,50%的記錄使得光子反射
紅色路徑上的糾纏夥伴,50%擊中D4,擊中D1 D2機率各25%
藍色路徑上的糾纏夥伴,50%擊中D3,擊中D1 D2機率各25%
第一種情況,如果D4感光,我們就可以知道紅色糾纏夥伴擊中D0,如果是D3感光,也很清
楚知道是藍色糾纏夥伴擊中D0。如此設計實驗,我們就可以知道D0上的光子是通過哪條縫
而來的,呵呵,準備被我識破吧,光子。
結果D0上的干涉條紋退化了...............
結果D0上的干涉條紋退化了...............
結果D0上的干涉條紋退化了...............
變成兩坨光子,操。
第二種情況,如果是D1 or D2感光,我們就永遠不可能知道D0的光到底是哪一條,這個時
後,干涉條紋恢復了............
最震驚的地方是
所有的感應,都是在D0之後發生的...............
光子彷彿預知了未來,決定自己是否要塌縮,不管是誰來觀測,一觀測,結果就不會出現
,這在哲學界激起了廣泛的討論,兩三年前讀到這邊的時候(我剛大學畢業準備念博班),
很多科學家說這根本是神跡,凡人不可理解的,希望未來五年phD生涯我不會被逼瘋哈哈
,雖然我也不是專門研究這個就是。
接下來講八卦點:
這個實驗結果,最開心的是宗教界,他們一直拿這個證明上帝的存在,說不定以後可以通
過這種"對世界的未卜先知",來斷定這個世界究竟是已知,還是未知的呢?
最後一個實驗的相位圖,把他們疊加起來,剛好就是塌縮的結果...........不知道有沒
有一個優雅的數學證明,可以說明究竟是因為差了半個相位才有這種結果,還是因為這種
結果,才導致什麼測量都差了半個相位?
實驗三讓很多科學家絕望了,如果世界上所有的粒子都可以用波函數來描述,那麼,過去
與未來是不是僅僅是一對糾纏態? 根本是註定好、相同的東西呢?
如果過去與未來只是一對糾纏態,我們對現在實施一個"有效"的干涉,過去是不是會改變
呢?
When faced with competing hypotheses,select the one that makes the fewest
assumptions.Do not multiply entities without necessity.
面對相悖的兩種假說,選擇所需要假設最少的哪一個;如無必要,勿增實體
最後幾個問題很多是科學家們的提問,有些是我的想法,我不知道答案,也沒有人知道,
或許人類只是過分的狂妄自大,想要理解這個無序的世界罷了。

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