量子叠加性 Quantum Superposition

  如果仅仅是把能级建成大楼,然后把大楼的楼梯、电梯全拆掉,(并且不追问原因)这件事情倒也不难理解,然而剩余部分,就无法用普通的现实去想象了。

  量子叠加性是量子的第三个特性。量子理论中,薛定谔的猫的故事是量子叠加性的一个典型示例,故事的末尾告诉我们:猫处于生与死的叠加态。什么是生与死的叠加态?既生又死?实际上,这个故事是关于量子叠加性的一个有争议的思想实验。

图 2.1.3.1 薛定谔的猫实验

图 2.1.3.1 薛定谔的猫实验

  首先,必须接受一个假设,即量子的世界里面,同时存在几个状态是可能的。就像这栋楼里面的每个人,在不去观察他们时,他们同时存在于所有楼层,这就是量子叠加性。

  还记得大家在中学学过的电子云吗?为什么是电子云?就是因为电子可以同时存在多个态,而不是某一种固定的态。

  但或许大家会有疑问,即便在现实生活中,也无法得知一栋大楼里面任何一个人的位置,最多了解他在办公桌上坐着的概率比较大而已,那这样就是量子叠加性吗?很遗憾,并非如此。 因为某一时刻,即便无法确定,但这个人肯定存在于这栋楼某一个位置,不可能出现在这栋楼不同的位置,量子叠加不是一种“概率性”存在,事实上,对于量子本身,它就是“同时存在”于很多状态的叠加上。 经过无数的实验证明,当物体小到分子、原子、电子那个级别的时候,叠加是客观存在的,尽管无人知道原因。

  类似的无法确定原因的客观存在还有光速恒定原理

  那么为什么我们感受不到叠加性呢?如果每个粒子都有这种叠加性,那是不是作为粒子组合的人也应该具有叠加性呢?

  一个宏观物体是由巨大数量的粒子构成的集合体。一个粒子虽然是叠加的,但是一群粒子就能开始体现统计的平均性,就像连续扔一百次硬币,还是有可能出现全部是正面的情况,但是扔一亿次硬币的时候(如果没有做假),那会得到一个趋于稳定的结果——正反面各一半。何况每个人身体里的粒子比一亿还要多几亿倍的几亿倍(差不多有27 ∼ 28位数那么多),所以人是绝无可能有叠加性的。

  所以在我们所处的世界,低速和高速,宏观和微观宇宙都存在着很多大相径庭的物理规律。