在我们习以为常的认知里,这个世界是真实可触、确定无疑且能够被认知的。就像此刻,你惬意地窝在沙发上,手中拿着手机,专注地阅读着这篇文章,这一情景是如此真切且确定。你的时间、所处的位置以及运动速度等信息,都有着明确的界定。这便是爱因斯坦所秉持的 “可认识论” 的体现,同时也表明我们日常所生活的世界,属于经典世界的范畴。
然而,当我们将目光投向量子世界时,一切都变得超乎想象的诡异。在那里,我们传统观念中所认定的确定性如梦幻泡影般消散,取而代之的是一片模糊与不确定的景象,量子世界宛如一个充满未知与神秘的混沌领域。
在经典世界里,我们凭借着对事物规律的了解和掌握,能够较为轻松地预测下一刻即将发生的事情。以打篮球罚球为例,站在罚球线上,理论上只要你能够精准地控制投篮的力度和角度,并且还能根据周围的环境因素,如风速、地面摩擦力等,灵活调整自己的投篮动作,那么命中篮筐便是大概率事件,甚至可以说是必然的结果。
但量子世界却截然不同,在这个奇异的领域里,未来充满了不可预测性,无论你付出多少努力,都无法确切知晓下一刻会发生什么。
假如你在量子世界中进行投篮,即便你经过了极其精确的计算,对投篮的各个环节都把控得十分精准,也依然有可能投不进。更令人匪夷所思的是,你投出的篮球甚至有可能瞬间出现在你的身后。在量子世界里,不确定性并非源于我们努力程度的不足,也与测量手段无关,它是量子世界与生俱来的固有属性,是微观世界的内在秉性。
在这里,一切事物的状态都只能用概率来描述,这便是所谓的 “波函数”。我们仅仅能够知道某个微观粒子在特定位置出现的概率,却无法确切地预知它究竟会出现在哪里。
当我们试图对微观粒子进行观测时,奇妙的现象发生了:微观粒子的 “波函数” 会突然坍缩。
此时,我们会发现微观粒子出现在了某个具体的位置。但事实上,在观测之前,微观粒子具有多种可能性,它可以在任何地方,甚至有可能同时出现在两个不同的地点,只是在我们观测的那个瞬间,它才确定地出现在了某一处。
量子世界的这种不确定性让许多人感到困惑不解,甚至难以接受。
然而,尽管它与我们的直觉相悖,但不确定性却真实地存在于量子世界之中。不确定性原理明确指出,我们永远不可能同时精确地得知一个微观粒子的位置和速度,这一原理可以用公式 ΔxΔp≥h/4π 来表示。
其中,h 为普朗克常数。这个公式意味着,微观粒子位置的不确定性和动量(速度)的不确定性的乘积必然大于等于 h/4π。也就是说,微观粒子的位置越确定,其速度的不确定性就越大;反之,速度越确定,位置的不确定性就越高。
除了位置和速度之间存在这种不确定关系外,时间和能量也遵循类似的规律。时间不确定性与能量不确定性的乘积同样大于等于 h/4π,即△E△T≥h/4π 。那么,我们该如何理解时间和能量之间的这种关系呢?
我们知道,即使是在看似空无一物的真空环境中,实际上也存在着能量。
从理论上来说,我们可以对真空里的能量总量进行测定。但是,如果我们将时间分割成极其微小的间隔,在这样极短的时间尺度下,真空里的能量情况就变得模糊不清了。我们无法准确地确定在这短暂的瞬间,真空里究竟蕴含着多少能量。
而且,时间间隔越短,真空里能量的不确定性就越大。当能量的不确定性达到一定程度时,一些奇妙的现象便会出现:真空甚至能够凭空创造出粒子。当然,这些粒子的存在时间极为短暂,往往在诞生的瞬间就会消失不见。
为什么会出现这种现象呢?这是因为时间越短,能量的不确定性就越大,在这种情况下,就有可能出现能量急剧增大的情况。
而根据质能等价的原理,粒子本身就是能量的一种表现形式,所以当能量足够大时,粒子就会凭空出现。这其实就是量子起伏(量子涨落)现象:在极短的时间内,真空会随机地衍生出粒子,随后这些粒子又迅速消失。
只要时间足够短暂,这种粒子的创生和湮灭过程就可以不断地发生。从某种意义上来说,粒子可以通过向真空 “赊借” 能量的方式短暂地出现,然后又在瞬间消失,将能量归还给真空。只要粒子归还能量的速度足够快(即存在的持续时间足够短),这种过程并不违背大自然的规律。我们可以通俗地理解为:在量子世界里,只要时间足够短,一切看似不可能的事情都有可能发生。
由于宏观世界是由微观粒子构成的,从理论层面来讲,不确定性原理同样适用于宏观世界。然而,在宏观世界中,物体的质量(能量)相对过大,使得这种不确定性在实际中几乎无法体现出来。
举例来说,单纯从理论分析,虽然此刻你正坐在沙发上阅读这篇文章,但从量子理论的角度,实际上你也存在着出现在月球上的可能性,只要时间足够短,这种情况就有可能发生。但实际上,这种情况发生的概率极小极小,几乎可以忽略不计,以至于在现实世界中根本不会出现。
空间是离散的,由空间单元组成。如果空间单元互相碰撞,就会有力的传递。量子涨落现象证明了,空间是流动的,具有流体的特征,而时间也可以象压力一样传递。按照这个原理分析,量子涨落发生的概率密度会呈现波纹状,或者是波函数,与引力和天体公转有一定关系。流体空间不会直接推动物体,但空间流过物体时产生的波可以,依靠空间波函数的横扫引力偏差,带动天体公转。综上分析,一个人站在地球上,头与脚受到的纵向引力有固定的强度,左手与右手受到的横向引力却有不固定的强度。另外,星系旋臂也是由空间涡流的波函数交织而成,是空间压力传递的谐振区。