现在我们已经搭好了理论框架,可以探索量子理论的细节了。其中的核心观念在技术上很简单,但会迫使我们直面对世界的成见,这挺麻烦。之前说过,粒子由遍布的小钟来表示;而钟面上指针的长度(平方)则表示粒子在此处被找到的概率。这些钟并非要点,它们只是数学工具,用于追踪在某处找到粒子的机会。我们还给出了钟面的相加法则,这对描述干涉现象是必不可少的。现在只要再找到一条法则,告诉我们从此刻到下一刻,这些钟会如何变化,就大功告成了。如果说牛顿第一定律告诉我们,当我们不干扰粒子时它会如何行动,那么这条新法则将代替牛顿第一定律。我们现在就从头开始,想象把单个粒子放在一个点。
图4.1:单块钟面,表示粒子确定地位于空间中的某特定点。
我们知道如何表示位于某处的粒子,见图4.1。会有单块钟面放在那里,指针长度为1,因为1的平方是1,意为在那里找到这个粒子的概率是1,或者说百分之百。假设钟的读数是12点,尽管这个选择完全是任意的。只要概率不变,指针可以指向任何方向,但我们必须选取一个起点,那就12点好了。想要回答的问题是:在稍后某时刻,这个粒子位于其他某位置的机会是多少?换句话说,在下一时刻,我们得画多少块钟,还得把它们放在哪里?对于艾萨克·牛顿,这个问题十分笃定;如果在某处放好粒子并不去碰它,它就不会动。但大自然会相当明确地说,这是错的。事实上,牛顿错得不能再错。
正确答案是,粒子在稍后的时刻可以处在宇宙中任何其他位置。这意味着我们可以画无穷多块钟,在空间中每个可能的位置都放一块。这句话值得反复阅读多次,也许笔者得再多说几句。
允许粒子处在任何位置,相当于不对粒子的运动作出任何假设。这是我们能做的最不带成见的事情,而其中也的确有一定的禅定趣味[75],尽管这似乎违反常识,可能也违背物理定律。
钟表示的是某种确切之物,即一个粒子在钟所在的位置被找到的可能性。如果我们知道,粒子在某时刻位于某特定位置,就用位于那里的一块钟来表示它。前面的提案是说,如果在开始时的零时刻,粒子处在某确切的位置,则在“比零时刻多一点”的时刻,我们得画出大量、应该说是无穷块钟,充满整个宇宙。这是在承认,粒子有可能在一瞬间跃至任意的所有的其他位置。我们的粒子可以同时在一纳米远,以及十亿光年外一个遥远星系中的恒星中央。这听起来,用我们的方言来讲,就是神戳戳的(原文为daft,苏格兰方言)。但要明确的是,理论必须能解释双缝实验;正如脚趾探入静水,会有涟漪扩散,位于某处的电子也须随时间流逝而扩散。我们需要确定的就是,它是如何扩散的。
和水波不同,我们对电子波的提案是,它在一瞬间扩散并充满整个宇宙。从技术上讲,我们会说粒子波传播的规律和水波的传播规律不同,尽管两者都遵循某个“波动方程”。水波的方程不同于粒子波的方程(就是上一章中提到的著名的薛定谔方程),但两者都描绘了波浪形物理。区别在于描述对象从此处传播到彼处的细节。顺带一提,如果你懂一点爱因斯坦的相对论,那么在讨论粒子跃过宇宙时,可能会感到不安,因为这看似在说粒子是比光速还要快的东西。其实,粒子可以在此处,并在瞬间位移到非常远的什么地方,这与爱因斯坦的理论并不矛盾,因为真正的陈述是,信息传播速度不能超过光速,因而量子理论受此约束。正如稍后会了解到,相应于粒子跃过宇宙的动力学,和信息传递完全不同,因为无法事先得知粒子会跳到哪里。我们看似是在构造一个完全无序而混乱的理论,而你可能会想,大自然一定不会如此行事。但是,我们将在本书中看到,日常世界中的秩序,的确是由这种荒谬绝伦的行为中衍生出来的。
哦豁,小伙伴们如果觉得倾城文选不错,记得收藏网址 或推荐给朋友哦~拜托啦 (>.<)
传送门:
量子宇宙官网
量子宇宙論
量子宇宙存在吗
量子宇宙