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量子力學(xué)的一些基本概念,世界真的是被程序化的嗎?

 科學(xué)謎航 2020-12-07

世界廣義上來講,就是全部、所有、乃至一切,在古代一般來講世界指的是人類賴以生存的地球。民間的世界也有天下、此岸、世間、萬物、等等稱呼。

在中國古代就有宣夜說:眾天體自然漂浮在充滿氣體的虛空之中,這個和現(xiàn)代對宇宙的認(rèn)知已經(jīng)很接近了。對人而言,世界是我們由可感知的、不可感知的客觀存在的總和,隨著科技的發(fā)展,更多工具的創(chuàng)造,越來越多人類本不可感知的事物逐漸浮出水面,這是人類的好奇心驅(qū)使的。

那么宇宙從何而來,卻是我們?nèi)祟悓ふ业慕K極秘密,有人說從大爆炸的那一刻起,宇宙這個大程序就被設(shè)計(jì)師按下RUN鍵。。

從虛空誕生的能量

我們從小就被告知能量目前不能被創(chuàng)造, 能量是有史以來唯一的原始化東西,它是世界上最簡單的東西(不能稱為物質(zhì))。

20世紀(jì)愛因斯坦用相對論推導(dǎo)出了質(zhì)量和能量是相等價的,最初只是一個理論工具,但是實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家找到了使用該原理將質(zhì)量和能量相互轉(zhuǎn)化的實(shí)用方法。那就是原子彈,人們已經(jīng)制造出原子彈和反應(yīng)堆以釋放大量能量。

而空間在一般的人的想法中,就是存放物體的,而現(xiàn)在我們也很難想象空間究竟是什么,這個隨處存在的東西,我們卻找不到任何答案。這很像程序中內(nèi)存的概念,在程序中是無法感知內(nèi)存這個外置的物理存在的,但是在程序內(nèi)是可以知道這個東西被用來存放各種數(shù)據(jù)。

到上個世紀(jì)末,宇宙學(xué)家發(fā)現(xiàn)宇宙正在加速膨脹,于是愛因斯坦首先提出有一個低密度的“暗”能量驅(qū)動著這個過程。它被稱為“空間本身的能量”或“真空的能量”,而且隨著宇宙的膨脹,必須創(chuàng)造出越來越多的空間來保持推力不變。在整個宇宙的尺度上,能量可能是不守恒的,因?yàn)橛懈辔粗獊碓吹哪芰繌奶摽罩挟a(chǎn)生。能量和虛空最早就像是被無中生有出來的,是不是像極了程序中的new一塊內(nèi)存出來,再new一個能量對象出來,讓它出來干點(diǎn)事情。

其實(shí)能量的來源本身就是一個謎,是宇宙中最大的謎團(tuán),因?yàn)樗球?qū)使萬物的東西。

接下來要談到量子力學(xué),它是目前最怪誕的理論,它以原子、原子核和亞原子粒子的尺度來描述自然界的各種現(xiàn)象。它與廣義相對論是完全兩種不同的理論。量子理論和引力的一個沖突是量子理論認(rèn)為力的本質(zhì)是通過交換作用粒子而起作用的,比如電磁相互作用就是通過交換光子而作用的,而目前并沒有發(fā)現(xiàn)引力作用相對應(yīng)的引力子(設(shè)想粒子),引力子在物理學(xué)中是一個傳遞引力的假想粒子,兩個物體之間的引力可以歸結(jié)為構(gòu)成這兩個物體的粒子之間的引力子交換。為了傳遞引力,引力子必須永遠(yuǎn)相吸、作用范圍無限遠(yuǎn),在量子力學(xué)中,引力子被定義為一個自旋為2、質(zhì)量為零的玻色子,它等待人們的發(fā)現(xiàn)。

廣義相對論雖然并沒有解釋力的作用本質(zhì),只是在其中加入了能量與時空曲率,把時間的概念加入了進(jìn)來。

但無疑是成功的理論,它幾乎解釋了如今所有的天體力學(xué)方面和黑洞理論。

目前引力波被發(fā)現(xiàn)了,而引力子和暗物質(zhì)還沒有被發(fā)現(xiàn)。但是通過論述我們已經(jīng)知道了,引力的本源是時空,也就是能量時空。在這個能量時空內(nèi),物體的相互吸引是必然,引力波是時空的漣漪。那么自然的引力波是否和電磁波是類似的,是由引力子這樣的基本粒子構(gòu)成的以光速運(yùn)動的波呢?

而且有多種證明表明引力波是不與電磁波發(fā)生作用的,這種獨(dú)立性,就說明了它非常特殊。

普朗克尺度,讓現(xiàn)有理論失效的尺度

但是考慮到量子力學(xué)的不確定性原理,一些基本量度,譬如長度和時間具有不確定性。不確定的程度由普朗克常數(shù)確定,從該常數(shù)可以定出最小的長度量子,即普朗克長度為1.6×10-33厘米,這遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于原子核的尺度,以我們現(xiàn)在的科技根本無法測量到這個尺度,而且比普朗克長度更短的長度是沒有意義的。同樣,作為時間量子的最小間隔,即普朗克時間為10-43秒,沒有比這更短的時間間隔存在。不可測量意味著物理法則失去了作用, 量子力學(xué)居然能存在無意義的尺度,說明這個理論是有局限的,但這并非可以證明時空是離散的,目前它是沒有辦法證明的。

但是這也可能意味著在某時某刻某地的時空是存在裂縫的,而每個物質(zhì)的時間也并非是連續(xù)增長的。那么假如這就是宇宙這個大程序設(shè)定好的呢?這樣的設(shè)定倒是非常類型我們的離散二進(jìn)制計(jì)算機(jī)。因?yàn)槲覀兊慕?jīng)典計(jì)算機(jī)無論如何都做不到把數(shù)字變成連續(xù)的。

無獨(dú)有偶,其實(shí)這與經(jīng)典廣義相對論的奇性是不可避免的情況非常類似,根據(jù)廣義相對論的證明,在宇宙大爆炸之初和黑洞坍縮之末,在很一般的初始條件下必然存在奇點(diǎn),奇點(diǎn)是一個密度無限大,時空曲率無限大,時空無限彎曲為零的點(diǎn),在這一點(diǎn)上時間和空間都失去意義,所有的物理規(guī)律都將失效,也就是廣義相對論本身也失效了。

量子現(xiàn)象以及量子糾纏

通過仔細(xì)觀察最小的物質(zhì)塊,比如基本的粒子,原子、分子、電子,物理學(xué)家已經(jīng)看到它們?nèi)芙獬晌镔|(zhì)波。這些粒子在進(jìn)行某種形式的交互后重新出現(xiàn),這就是所謂的測量事件。 量子粒子以不同狀態(tài)的疊加形式存在,它們可以同時在多個地方,比如原子內(nèi)的電子可以從一個位置跳到另一個位置,而不會穿過中間空間。

如果要知道粒子的精確位置,那么就無法知道其精確動量,反之亦然。如果沒有測量,我們將感受不到這個世界,在這些示例中,量子們違反了空間,時間和物質(zhì)性的概念。 如果在受到碰撞或障礙物或者測量的干擾時,則量子的行為會很奇怪。根據(jù)相互作用的類型,它們可能會顯示出波動或類粒子的特性,并且無法通過經(jīng)典標(biāo)準(zhǔn)對它們的整個屬性進(jìn)行測量,就好像它們是真實(shí)的粒子一樣。

量子糾纏現(xiàn)象是如果每個電子的性質(zhì)取決于另一個電子的性質(zhì),則兩個電子會糾纏在一起,這對電子具有相同的波函數(shù)。很多種基本粒子都可以稱之為量子,典型的就是光子,電子,如果兩個光子一開始被糾纏在一起,那么它們便會組成一個糾纏系統(tǒng),即便彼此相距多么遙遠(yuǎn),兩者都會同時感應(yīng)到對方。如果對一對糾纏光子的其中一個進(jìn)行測量,如果發(fā)現(xiàn)它的自旋向下,那么另一個糾纏光子的自旋必然向上(這個是不需要測量的),而且這種糾纏速度傳遞的速度比光速快。換句話說,這兩個粒子在整個空間之間進(jìn)行了即時通信。隨著人類的測量的那一刻開始,就像是有一種上帝法則對兩個粒子的該屬性進(jìn)行了分配,這種方式是超越時間和空間的。

但是可惜的是,量子糾纏是無法傳遞信息的,只能用于量子加密,它們只能自己進(jìn)行屬性分配的傳遞。

最后

如今,許多的物理規(guī)律居然可以被人們總結(jié)出來,形式還非常的優(yōu)美,確實(shí)讓人懷疑這個世界是否被刻意創(chuàng)造出來的。

其實(shí)量子力學(xué)看起來非常像我們?nèi)缃竦挠?jì)算機(jī)編程,可以說被人類理解的自然法則與我們創(chuàng)造的計(jì)算機(jī)程序非常相似,都是存在各種屬性,各種對應(yīng)關(guān)系,也同樣存在運(yùn)算的最小極限。因?yàn)閺暮暧^的經(jīng)典理論來看,物體間各種作用是可被感受到的,而量子間的各種操作,就像你看不見程序內(nèi)部的各種數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn),只能通過顯示屏(測量后)看到它所給你呈現(xiàn)的畫面。

當(dāng)然這篇文章只是我個人的信口開河,大家就看個熱鬧吧??茖W(xué)研究還是要嚴(yán)謹(jǐn)?shù)模陀^地考量。很多人說人類追尋的宇宙終極理論是沒有盡頭的,但是我卻相信宇宙的真相是可以通過各種物理現(xiàn)象的碎片化線索猜測出來的。

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