1.1.2
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1.1 奇点是一个概率为0的事件
1.1.2 量子迷雾:不确定才是唯一确定
让我们暂时将目光从百亿光年的浩瀚星空收回,做一次极致的内观,潜入一粒沙、一滴水的至深之处。你或许会以为,那里不过是宏伟宇宙的微缩版,同样遵循着我们熟悉的、井然有序的物理法则。
但如果我告诉你,在构成这一切的最微小尺度上,“精确”只是一种奢侈的幻觉,“不确定”才是宇宙的常态,你会作何感想?
我们一起回顾一下那个著名的“双缝干涉实验”。当电子像一颗颗微小的弹珠一样射向一块刻有两条狭缝的挡板时,如果它们真的只是经典意义上的粒子,那么在挡板后的屏幕上,我们应该只看到两条明亮的条纹。但实验结果却让人大跌眼镜:即使是单个电子逐一发射,屏幕上最终也会形成明暗相间的干涉条纹!这仿佛是说,每一个电子都“同时”穿过了两条缝,并与“另一个自己”发生了干涉。这匪夷所思的现象,正是粒子波动二象性的绝佳证明——微观粒子既像一颗颗实在的“弹珠”,又像是被风吹过湖面荡漾的“波”。
更令人困惑的是,一旦我们试图在缝隙处安装探测器,想看看电子究竟走了哪条路,那神奇的干涉条纹便会立刻消失,只剩下两条普通的粒子条纹。仿佛你的每一次“注视”,都是一次对量子世界的“惊扰”,迫使那个悬浮在“亦此亦彼”的梦境中的幽灵,瞬间惊醒,跌落回“非此即彼”的、我们所熟悉的坚实大地。
德国物理学家海森堡,更是用他著名的“测不准原理”为这种量子的不确定性给出了数学上的精确描述。它告诉我们,你不可能同时精确地知道一个微观粒子的位置和动量。你越想精确地测量它的位置,它的动量就变得越不确定,反之亦然。它们就像一对天生的“跷跷板”,一头下去,另一头必然翘起。这并非因为我们的测量仪器不够精密,而是源于量子世界本身固有的属性。
那么,物理学家们是如何描述这种“不确定”的状态呢?他们引入了一个叫做“波函数”的数学工具。这个波函数,并不直接告诉我们粒子“在”哪里,或者它的动量“是”多少,而是描述了粒子在各个可能位置出现的“概率大小”,或者具有某种动量的“概率大小”。它就像一张根据可能性描绘的藏宝图,标出了宝藏(粒子)最有可能在哪些区域,以及被发现时的“状态”最有可能是怎样。
构成整个宇宙的基本粒子,在它们被发现之前,都像一群害羞的幽灵,以一种可能性的形态散步在空间中。我们所感知的这个坚实、确定的宏观世界,不过是无数个这样的“波”在特定条件下叠加、干涉,并最终在我们的观测下坍缩后的宏观呈现。自然的骰子,在最微观的层面,每一刻都在不停地掷出。“道生一,一生二,二生三,三生万物”,宇宙的奥秘,或许就藏在这由简入繁、由确定到万千可能的演变之中。