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科学|量子世界的十大真理( 二 )



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一个量子光学平台 。
5.量子物理是一个热门的研究领域 。
量子力学已是昨天的新闻 。难以置信 ， 这个理论起源于一个多世纪以前 ， 但它的许多地方只有通过现代技术才能进行探测 。量子光学、量子信息、量子计算、量子密码学、量子热力学和量子计量学都是最近兴起的、目前非常热门的研究领域 。随着这些技术带来的新功能 ， 重新燃起了人们对量子力学基础研究的兴趣 。
6.爱因斯坦没有否定量子力学 。
与流行观点相反 ， 爱因斯坦不是量子力学的反对者 ， 也不可能是——这个理论在早期是如此成功 ， 甚至于任何严肃认真的科学家都不能忽视它 。(事实上 ， 他获得的诺贝尔奖 ， 即光电效应的发现 ， 证明了光子既是粒子又是波 ， 这是量子力学的基础重大发现之一 。)相反 ， 爱因斯坦认为该理论是不完整的 ， 并认为量子过程固有的随机性一定会有更深层次的解释 。并不是说他认为随机性是错误的 ， 他只是认为这不是最终的解释 。为了更好地阐明爱因斯坦对量子力学的观点 ， 我推荐乔治·马瑟的文章《爱因斯坦对量子力学的真正看法》
科学|量子世界的十大真理
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说明了位置和动量之间内在的不确定性关系 。当其中一个被更准确地了解时 ， 另一个就不太可能被准确地了解 。图源:wikimedia
7.都是关于不确定性的 。
量子力学的核心假设说是存在一些成对的观测量是无法被同时的精确观测的 。比如说一个粒子的位置和动量,这种对叫做“共轭变量” ， 这种同时精确测量的不可能性造成了量子理论和非量子理论的区别 。在量子力学中 ， 不确定性是固有的 ， 不是由于实验的局限性造成的 。不确定性最奇怪的表现之一就是能量和时间之间的不确定性 。这意味着不稳定粒子（短半衰期）本质上有不确定的质量 ， 考虑到E=mc2的话.像希格斯玻色子这种粒子 ， 或者说W玻色子、Z玻色子、顶夸克这些粒子 ， 由于它们的寿命短而有内在的1-10%的质量不确定性 。
科学|量子世界的十大真理
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Z玻色子带着一个有宽度的能量 。
8.量子效应不一定非要小尺度
我们通常不会去观察大尺度上的量子效应 ， 因为它们之间的量子关联是非常微弱的 。然而 ， 如果足够小心地对待 ， 量子效应也可以在大尺度上呈现出来 。例如 ， 光子在分开长达数百公里的过程中仍然纠缠在一起 。在极低温下发现的物质的一种简并态叫做玻色-爱因斯坦凝聚 ， 这个状态中有多达几百万个原子纠缠形成整体 。甚至 ， 一些研究人员甚至认为暗物质可能就是横跨整个星系的量子效应 。
9.但它们在小尺度内占主导地位 。
在量子力学中 ， 每个粒子也是波 ， 每个波也是粒子 。一旦观察到一个粒子的距离与相应的波长相当 ， 量子力学的效应就变得非常明显 。这就是为什么没有量子力学就无法解释原子和亚原子物理学 ， 而行星轨道实际上是由量子行为决定的 。
薛定谔的猫死了 。图源：wikimedia
10.薛定谔的猫死了 ， 或者活着 ， 两种状态不能同时
早期的量子力学并不能很好地解释它 ， 但是宏观物体的纠缠量子行为衰减得非常快 。这种“解纠缠”是由于不断与外界环境恒定的相互作用造成的 ， 恒定是指在外界环境相对温暖和稠密的地方 ， 如那些生命所必需的地方 ， 解纠缠是无法避免的 。这也就解释了我们所认为的衡量标准并不需要有这么一个人；简单地与外界环境交互就可以了 。这也解释了为什么把大的物体变成两种不同状态的叠加是非常困难的 ， 而且叠加会衰减的很剧烈 。迄今为止 ， 被带入位置叠加的最重物体是碳60分子 ， 而更有野心的人计划要对病毒或更重的生物(如细菌)做这个实验 。因此 ， 薛定谔的猫曾经提出的悖论——量子叠加(衰变的原子)到一个大物体(猫)的转移——得到了解决 。


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