作者：晓太阳
原标题：带你到人类认知的边界，溜达一圈
发布日期：2018年2月4日
来自：死磕冷知识
微信号：xiaotaiyang900322
其实这篇文章，好几个月之前就该写了，很抱歉，拖了这么长时间，这全都是源于：
“被量子力学支配的恐惧”
为什么这么说？因为下面这些大科学家同样搞不懂：
如果谁没被量子力学搞得头晕，那他就一定是不理解量子力学。——玻尔
我思考量子力学的时间百倍于广义相对论，但依然不明白。——爱因斯坦
我想我可以有把握地说，没有人理解量子力学。——费恩曼
这篇文章在一定程度上，比较烧脑，如果你看不懂，不要责怪自己，这是「量子力学」的错。
当然，以下我会尽量写的通俗易懂，但总有一些避不开的概念与思维方式
如果你看不懂，不要责怪自己，这是「量子力学」的错。
在19世纪末，经典物理学（就是你我上学时学的）在解释微观世界物质状态上的漏洞越来越多。
就是说，物质细分到一定程度后，它所表现出的物理性质，可能违背了我们的经典物理学。
几千年以来，科学家们一直在探索我们的世界由什么组成？现在我们知道了物质是由「电子」与「夸克」组成。
它们是人类现在所知的“小的不能再小”东西，称之为「基本粒子」，这些东西组成了「原子」，比如「氢原子」、「氧原子」
「原子」组合成为「分子」，比如H₂O，再往上就组成了我们的大千世界。
你可以理解为：世界由一堆积木组成，而研究最小最小的那块积木，就要用到「量子理论」
「量子理论」有许多违反常识的，甚至“诡异”的猜想，但它是对的，而且非常重要。
首先，我们先来认识两位“朋友”：「粒子」与「波」
「粒子」的行为方式，举例来说：
你有一块蛋糕，房间里有三十个人，你扔过来砸在我的脸上，那么只有我被你砸中了。
你有一台手机，你看的时候拿在手上，不看的时候揣在兜里，或者掉在地上，或者被扒手偷掉。
粒子在一个时间只能出在一个地方，要么在这里，要么在那里。
「波」的行为方式，举例来说：
房间里有三十个人，你对三十个人说话，他们都听得见。
你房间里打开一盏灯，在没有遮挡的情况下，灯光会照到每一个角落。
波可以在同一时间出现在多个地方，同时在这里，又同时在那里。
你可以停下来想一想，我们大千世界的所有东西，要么按照「粒子的行为方式」来存在，要么按照「波的行为方式」来存在，没有例外。
那如果这两种行为方式反一反会怎么样？
你仍了一块蛋糕，房间里三十个人都被击中了，你对三十个人说话，只有一个人能听见，这是违反常理的。
那么接下来在微观领域的实验，这种事情真的发生了，首先，来个基础版：
1807年，托马斯·杨，进行了著名的光学实验——「双缝干涉实验」
这个实验中，光通过挡板上的两条缝隙，并没有和我们预想的一样，透过两条缝隙，形成两块光条，而是形成了几道光条。
这是由于「波」的互相干扰，导致光偏离了之前的轨道，「波」从哪里来？那是光本身的特性，光就是「波」
这也解释了光为什么会照到每一个角落，好，这个没有问题。
那么诡异的实验开始了「电子双缝干扰试验」这次用组成我们大千世界的电子。
在这之前，我们来预想一下，你现在拿着一些小球，扔过有双缝的挡板，最后小球的落点会是怎么样的？
应该是像下图这样：
但实验结果是:电子表现出了与光一样的特性，而且将电子单个单个的发射，最后还是会得到这样的条纹。
这让科学家们大为震惊，不是说好了粒子是粒子，波是波吗？单个电子怎么在实验中有波的行为方式？
难道说，在宏观世界中，投掷一块蛋糕，同时击中三十个人是可能实现的？
「量子力学」的解释是：单个电子同时通过了两条缝隙，并且自己和自己发生了干涉。
科学家将这样的现象称作「波粒二象性」意思是一个物质，同时表现出了波的行为方式与粒子的行为方式。
后来科学家慢慢发现，所有的基本粒子都具有波粒二象性，包括之前提到的光。
这和宏观世界里粒子是粒子，波是波的表现是截然不同的。
这是微观世界与宏观世界的相悖所在，也是量子力学与经典力学的矛盾之处。
诡异的事情还在后面，科学家们将一台高速摄像机加入实验，试图搞清楚有多少电子通过了双缝，以及电子的运动轨迹。
这次，波的特性消失了
注意！高速摄像机并没有影响双缝的位置以及大小，但电子却规规矩矩的只表现出了粒子的特性。
这到底是哪里有问题？难道说电子知道我们在试图观察它？电子是怎么知道的？
或者说单单观察这个行为，对物质的特性产生了影响？那么这个世界、这个宇宙是以人类的意识存在的？
但实验结果就放在那里，这太诡异了，甚至动摇了现代科学的根基——唯物主义。
还有更诡异的呢：
「量子隧穿」实验中「电子」有几率可以穿过绝缘层，那么也就是说，人类有一定几率可以穿墙而过？
最让人无法理解的就是：
「量子纠缠」处于纠缠状态的两个粒子，即使相隔整个宇宙，只要对其中一个进行观测，可以马上影响另一个的状态。
简单说，比如我两只手中分别有红色、蓝色两个小球，我抓着不让你看见，你只要看见其中一颗，就知道了另一颗的颜色。
这个例子在量子力学下会复杂很多，比方说我左手里的小球，在没有被观测到的情况下颜色是随机的。
观测抹杀了左手小球颜色的随机性，同时不论距离多远，右手小球的随机性也被抹杀，成为确定的一种颜色。
那么问题来了，两个小球是如何做到无视空间、时间的联系？没有人知道，科学家将其称之为“幽灵般的超距作用”
不论距离多远，影响会同时发生，这违反了爱因斯坦「相对论」所限制的宇宙极限速度——光速。
1927年，比利时，第五届索尔维会议。
以爱因斯坦为首的经典物理学大佬，以「因果论」为武器对量子力学提出了质疑，以玻尔为首的量子力学新秀以「概率论」应战。
薛定谔也提出了著名的薛定谔的猫：
一只猫被关在一个密闭的盒子里，盒子里有一些放射性物质，在进行观测之前我们无法知道它是否衰变。
所以，盒子里的放射性物质处于衰变/不衰变的量子叠加状态。
盒子里的放射性物质一旦衰变，有一个装置就会使锤子砸碎毒药瓶，将猫毒死。反之，衰变未发生，猫便能活下来。
薛定谔的本意其实是通过这样的构想，来质疑量子力学的，但没想到成为了量子力学中最脍炙人口的构想。
按照量子力学的解释，在打开盒子看猫之前，这只猫非生非死，处在典型的量子态，即活与不活叠加的离奇状态。
这样的争论最终没有结果，最后爱因斯坦说出了那句经典的话:上帝不会掷筛子！而玻尔回答到:请不要去教上帝应该怎么做。
当然，爱因斯坦并没有否认实验所得出的客观结果，他只是认为，量子力学的理论还不完整。
科学家的争论可不是流氓打架，两波人的都在努力使这些诡异的结果得到合理的解释，但是进展并不如人意。
各路科学大咖各显所能，提出了一系列猜想:
模拟宇宙猜想，就是猜想我们的世界是由一台超级计算机模拟出来的，我们人类的一举一动都在它的掌握。
平行宇宙猜想，还记得薛定谔的猫吗？这种猜想表示，在打开盒子看猫的时候，我们的宇宙分解成了两个平行时空A和B。
A宇宙的放射性物质没有衰变，猫活着；B宇宙的放射性物质衰变了，猫死了。
那么，有多少种选择，就有多少个平行宇宙，我们的这个世界只是无数的平行宇宙中的一个。
在其他平行宇宙，你可能真的是世界首富，也可能是街头流浪汉。
你可能发动了世界大战，又可能和现在一样，只是早饭吃的是包子，而不是煎饼。
又有膜理论、弦理论这种玄而又玄的东西，有人表示：这些东西怕是一周没合眼，再灌上两瓶伏特加后，想出来的吧？
比较靠谱，或者说比较容易让人接受的猜想是爱因斯坦提出的「隐变量假说」大意是：
什么观测导致随机性的抹杀、意识影响物质的性质，都是一派胡言，这是开历史的倒车。
我们难道要回到「地心说」的时代吗？这么些诡异的结果只是有些变量，我们仍然没有找到。
学识渊博的读者们一定想到了，上图的这句话，好像另一个伟大的思想先贤「苏格拉底」也说过——“我唯一知道的，就是我一无所知”
没错，「量子力学」在某种意义上来说，已经上升到了哲学层面的争论，这已经到达了人类的认知边界。
当然，即使科学家们搞不懂其中的奥秘，也不影响利用「量子力学」为人类造福，所谓：
别问为什么，用了再说
量子计算机：
我们都知道，我们现在用的计算机是二进制的，你可以把它想象成两个“开关”就像下面这样：
传统计算机速度越快，“开关”越多，那么量子计算机就是将这些“开关”换成了「基本粒子」比如「光子」、「电子」
还记得上面的“虐猫狂人薛定谔”所提到的「量子叠加状态」吗？在这种状态下一个「基本粒子」既是ON（1），又是OFF（0）
那么也就是说一个处于「量子叠加状态」的「基本粒子」就可以代表两个“开关”，那样，计算能力会爆炸式的增长，而且体积会非常之小。
简单点说，传统计算机计算怎么走出迷宫，会把所有的路一条一条的都走一遍，最后找到了出口。
量子计算机，会同时将所有的路都走一遍，找到出口。
哪个更快，可想而知，当然，量子计算机因为量子算法的关系，现在只能处理特定的「大型并行计算」，普通人是绝对用不着的。
量子加密通讯：
上面的量子计算机用到了「量子叠加」，而量子加密通讯则用到了「量子纠缠」。
用「量子纠缠」那“幽灵般的超距作用”为通讯双方分配“打开信息的密码”利用量子的「不可分割」、「无法克隆」的特性，保证信息的绝对安全。
这里有一点必须说明，所谓「量子通讯」并不是用「量子」来交流信息，而是用「量子」加密信息，保证安全。
好了说了这么多，其实是带大家到“人类的认知边界”溜达了一圈，只是溜达了一圈，真正的量子力学，可不是这区区4000字能讲清楚的。
大家如果真的感兴趣，可以将上面的内容作为线索，再去扩展阅读一下，不过记住！不理解是正常的，那都是量子力学的错。
最后，和大家分享一个成语「不自量力」什么意思呢？意思就是“永远不要自学量子力学”
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