量子测不准的根本原因

行者无名君 2025-03-10 16:13:16
量子的测不准现象

我们都知道量子具有测不准的特性,即:粒子的位置与动量不可同时被确定。

百度相关资料如下:

不确定性原理是海森堡于1927年提出的物理学原理。其指出:不可能同时精确确定一个基本粒子的位置和动量。这表明微观世界的粒子行为与宏观物质很不一样。此外,不确定原理涉及很多深刻的哲学问题,用海森堡自己的话说:“在因果律的陈述中,即‘若确切地知道现在,就能预见未来’,所得出的并不是结论,而是前提。我们不能知道现在的所有细节,是一种原则性的事情。”

我们知道量子具有测不准的特性,但是没有人知道,量子为什么会测不准。

用海森堡自己的话说:“若确切地知道现在,就能预见未来”。为了不能预见未来,所以不能确切的知道现在。

这个理由显然是苍白的,“不能预见未来”,这是谁规定的?

而且如果宇宙真的有不能预见未来的限制,那么对宏观物体是不是也应该不能准确测量。

量子测不准,本来是一种现象。

而且对于量子测不准的特性,因为缺乏对其原理的深入了解,我们并不能精确划分其应用场合。比如我们知道对于光子电子存在测不准现象,那么对于中子质子呢,测得准还是测不准呢?对于单个原子呢?测得准还是测不准呢?为什么?

当我们看到这种现象时,我们没有深入研究该现象出现内在原理,反而将其定义为一种原理,认为物理世界本来就是这样,本来就是测不准的。

将测不准现象定义为原理,其实就是我们在给自己洗脑:不是我们太落后,我们已经彻底了解了这个世界,世界的本质就是这个样,就是测不准的。

这种行为无异于鸵鸟遇到危险时将头埋进沙子里,不敢面对现实,自欺欺人。这样只会导致我们的科学停滞不前。

光子的本质

现在我们抛开这个原理,正面面对事实,寻找量子测不准的根本内在原因。

为了方便研究,我们将研究对象确定为光子。

光子是我们世界中一个常见的不能再常见的事物;

并且我们知道光子是量子,也具有测不准的特性。

现在我们提一个问题:光子到底是什么?

看起来是一个很简单的问题,但是我们翻遍科学书籍,貌似找不到这个答案。就算有一些介绍,也是模糊不清,很难让人明白,光子到底是什么?

为了寻找这个答案,我们从事实出发,一步一步探索光子的本质,并进一步研究其具属性,以及具有测不准特性的根本原因。

我们来看一个场景:阳光照在物体上。

我们对比一下场景开始与场景结束两个时间点,这个闭合系统中的客观存在(为了方便研究,我们把物体简化为原子):

场景开始的客观存在:原子+光子

场景结束的客观存在:原子(运动速度发生变化)

我们都知道,光子是一种客观存在,既然是客观存在,那么就不可能凭空消失。

但是,我们对比一下场景开始时与场景结束时的客观存在,可以发现:

场景结束时原先客观存在的光子不见了。

客观存在是不可能凭空消失的,唯一的可能是其出现了状态的变化,变成了另一种形态。

所以,通过场景开始与结束时的对比,我们可以得出结论:

光子=原子状态的变化

注意,是“原子状态的变化”,不是原子本身。

因为原子是构成物质的基本单位,所以我们可以对此结论进行进一步抽象:

物质状态的变化,是一种客观存在。

这是违反我们常识的。

在我们直接的感觉中,物质状态的变化只是一种状态变化,依赖于物质本身。

如果物质本身不存在了,那么其状态变化自然就不存在了,所以在我们的直觉中,物质状态的变化不可能是一种客观存在,只是一种状态的变化而已。

但是通过此案例我们可以证明,物质状态的变化,竟然真的是一种客观存在。

所以,我们的直觉经常会出现错误,我们不能对直觉感知结果过于顽固。

能量的6个坐标

为了方便描述,我们将“物质状态的变化”命名为“能量”。

到此,我们可以得出:

能量“附着”在物质上的时候,被我们感知的结果是“物质状态的变化”;

能量“脱离”物质独立存在的时候,被我们感知的结果是电磁波(光);

电磁波与“物质状态的变化”,本质上是同一种事物(能量)的不同状态。

现在我们进一步研究,能量(物质状态的变化)还具有哪些特征。

对于物质,我们已经司空见惯,是“占据三维空间而存在”的一种事物。

如果对物质进行进一步抽象,则是 “占据三维空间的一个空间质点”。

那么,“物质状态的变化”,本质又会是什么?

我们可以这么去想象,如何从数学上可以完整描述“出现在三维空间任何一个空间质点的状态变化”?

有两个要点:三维空间中的质点,以及状态变化。

对于三维空间质点本身,数学表示可以是(x,y,z),即三维空间坐标。

对于“状态的变化”,需要考虑两个因素:状态变化方向,状态变化值大小。

其中“变化值大小”,此处我们不需要考虑,因为是量子,每个量子的大小是固定的。

我们需要考虑的是“状态变化方向”。

而要描述一个状态变化方向,则需要(u,v,w)三个坐标才可以完整描述。

所以,如果要完整描述“三维空间一个质点的状态变化”,需要三维空间坐标点(x,y,z)与状态变化向量方向(u,v,w)两个参数(不考虑变化值大小)。

这样,我们可以得出结论:对于能量的量子,至少需要6个坐标(x,y,z),(u,v,w),才能对其进行完整的描述。

既然从数学角度描述能量量子至少需要6个坐标,那么现实中的能量必然具有6个坐标,即:能量所在的空间拥有6个物理维度。

我们对拥有3个物理维度的空间已经司空见惯,而对拥有6个物理维度的空间我们则无法想象。

其实拥有6个物理维度的空间,就是四维空间。

三维空间中的客观存在,代表为物质原子,拥有3个坐标;

四维空间中的客观存在,代表为能量量子,拥有6个坐标。

从三维空间中观测能量,其表现就是“物质状态的变化”。

有人可能会纳闷,明明拥有6个物理维度,为何叫四维空间,而不叫六维空间?

原因是:

第1维,第2维其实是用来支撑第3维存在的,1维空间与2维空间只是数学理论中的存在,现实物理世界中并不存在1维空间与2维空间。

同理,第4维,第5维是用来支撑第6维的存在,现实的物理世界中并不存在只拥有4个物理维度与只拥有5个物理维度的空间。

现实物理世界只有拥有3个物理维度的空间,以及拥有6个物理维度的空间。

拥有3个物理维度的空间就是三维物质空间,拥有6个物理维度的空间就是四维能量空间。

而四维空间的概念早已在网上广为流传,在我们心中也早已深入人心,如果将拥有6个物理维度的能量空间命名为6维空间,很多人一定会很纳闷:4维空间与5维空间去哪里了?

为了方便沟通,与目前网上流传的四维空间概念一致,我们将拥有6个物理维度的能量空间命名为四维空间。

光子为何测不准

现在我们已经知道,能量量子具有6个坐标(x,y,z),(u,v,w);

然后我们在回过头,再看看光子到底是什么?会具有何种特性?

我们定义的“光子”,从概念上来说就是出现在三维空间(x,y,z)点的光;

而我们知道光是量子化的,由基本光量子组成,这样我们就可以得出结论:

“光子”是“出现在三维空间一个点(x,y,z)的所有光量子的合集”。

然后我们再结合前面“能量具有6个坐标”的结论,对光子本质进行进一步分析:

在(x,y,z)点的光子,拥有的所有光量子,具有相同的三维空间坐标(x,y,z),同时每个光量子还有自己另外三个不同的坐标(u,v,w)。

我们可以对这个结论进行一个形象的描述:在三维空间(x,y,z)点的光子,里面有一个隐藏空间(u,v,w),组成光子的所有光量子在这个隐藏空间中呈现正态分布。

这样,我们就可以完美解释为何光电效应与光的强度无关了。

因为所谓的“光的强度”,其本质是“组成光子的光量子数量”,而每个光量子的强度只与自身频率有关。

无论光的整体强度有多么的强,其实只是光量子数量变多了,每个光量子的能量强度并没有发生变化。

然后我们再来思考,为何光子会具有“测不准”的特性?

其实,我们对光子进行观测的时候,只观测到了其三维空间坐标(x,y,z)。

对组成光子的每个光量子而言,还有另三个坐标(u,v,w)。

这另外三个坐标可以理解为是“光量子与物质发生作用时产生的状态变化方向”,也可以理解为是该光量子在隐藏空间中的位置坐标。

因为我们对光量子的观测缺少了3个坐标,所以当然测不准。

所以,测不准并不是什么宇宙规则的限制,也不是物理世界本质就是如此,其实只是我们对光本质认识的缺失,以及我们观测手段的不足。

对于能量,组成能量的每个能量量子具有6个坐标。如果有一天,我们可以精确测量每个能量量子的另外3个坐标,那么能量量子对我们来说则不再测不准,而是如同物质原子一样,可以精确的进行测量。

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行者无名君

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