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微观世界下的图片(微观世界图片简笔画)

耀眼婚纱
作文
2023-03-26 23:20:02
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《微观世界 Microcosmos: Le peuple de l herbe》导演: 克洛德·纽里德萨尼、玛丽·佩雷努编剧: 克洛德·纽里德萨尼、玛丽·佩雷努主演: 雅克·贝汉、克里斯汀·斯科特·托马斯类型: 纪录片制片国家/地区: 法国、瑞士、意大利语言: 法语上映日期: 1996-09-06(瑞士)、1996-11-20(法国) 片长: 80分钟、73分钟(日本) 又名: 小宇宙1：微观世界、点虫虫、草丛里的居民、天地人三部曲之微观世界、Microcosmos 高楼大厦见识过了，导演用不凡的拍摄技巧引领我们进入了昆虫的世界。出乎意料，在这里，平时令人“恐怖”的虫子门展现出了另一种不一样的美。当你近距离仔细察看这个世界时，你会发现原来毛毛虫的毛原来这么光滑；相互依偎的蜗牛温馨得赚人眼泪；勤奋的屎壳郎每天都在认真对付着他们的粪球；蜘蛛会在水下用一个小气泡作为自己的餐厅；天牛就像公牛一样在互相较劲。每只虫子原来都不曾闲着浪费光阴。微观下的虫子世界，带给观众的除了视觉的震撼，还有自然界无法向人类诉说的道理。

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如果量子力学至今没有被发现，世界会有什么不一样？

量子力学理论的一朵乌云，即哥本哈根学派一个最基本的结论：测量导致波函数坍缩。此一假设，因为引进主观意识，且有违日常经验，具有唯心论成份，所以一直受到包括爱因斯坦等科学巨匠们的质疑，而因量子力学理论体系的巨大成功，此一假设一直被搁置争议，将就用了近百年，同时也争论了近百年，一直未得到较好的解决。作者为了能把量子波函数坍缩这一量子物理现象与我们日常经典感受统一起来，引入时间轴、历史时间、当前时刻、未来时间等概念予以论述，认为哥本哈根学派的‘’测量导致波函数坍缩‘’假设不正确！应该修改为：波函数的坍缩与测量无关，时间的固有属性导致波函数坍缩。测量行为仅使被测量子改变运动状态。第二个结论：过去时间中的一切量子波函数均已坍缩，未来时间中的一切量子波函数都未坍缩。当前时刻，波函数正在坍缩。问题解决后进一步引发的可能假设（待论证）。设一：定义量子力学理论中时间的物理意义是，时间的演化是量子波函数坍缩的过程。设二：时空具备量子特性（时空有最小值）。设三：时空的量子属性，赋予基本粒子量子特性。设四：历史时间不具备延展性，而未来时间可能具备相对论所称的延展性（时间缩短或延长）。设五：量子时空与相对论时空等价。

图来自百度图片

正文：

一、

当前测量问题简介：量子力学自从上世纪初发展至今，存在着许多著名的观念之争。其中，所谓的量子力学测量问题，成为了这场旷日持久的量子力学世界观之争的一个最基本问题。

根据量子力学标准，量子的波函数塌缩形式，其运动定律由两部分组成。其一是线性动力学：如果一个物理系统没有被测量，它将按照薛定谔方程以一种确定的、线性的方式演化；其二是非线性的塌缩动力学：如果对系统进行一个测量，系统将立即非线性地、随机地从初始的叠加态跃迁到正被测量的可观察量的一个本征态，这时，实验者就会感知到一个确定的观察值，即本征态相应的本征值，这也就是20世纪30年代初狄拉克（P.Dirac）－冯·诺依曼（John von Neumann）为了统一海森堡（W.Heisenberg）和薛定谔（W.Schrodinger）的理论工作与玻恩（M.Born）的几率解释而首先提出的本征态－本征值关联。

这样一来，就在薛定谔方程的普遍有效性，实验者知觉的可靠性和本征态－本征值关联之间产生了一个称作测量问题的逻辑矛盾。一方面，薛定谔方程的普遍有效性要求，薛定谔方程支配在宇宙中每个物理系统的动力学演化，因此在量子测量中，用来测量任何微观物体的宏观仪器，将几乎确定地与被测物体演化进一个量子纠缠态，而不是仪器的指针可观察量的一个本征态；另一方面，根据本征态－本征值关联，如果实验者是清醒的，他们的测量结论将是：他们获得的测量结果是仪器指针指示的一个确定的方向，即一个确定的观察值，而不是指针的一个量子叠加态。

如何解决这一逻辑矛盾？尽管正统的量子理论家们经常诉求于“塌缩假说”或量子－经典“分割”来解决这一问题，在他们看来，似乎薛定谔方程的普遍有效性是唯一危险的假设。然而，在这一矛盾的源起中上述三个假设没有一个是多余的，否定其中任何一个都足以逃脱这一困境。为了避免矛盾，三个假设至少有一个必须被否定。根据量子力学的形式体系的内在要求，薛定谔方程在量子世界的普遍有效性是可接受的假设。而如果我们保留实验者知觉的可靠性，那么，本征态－本征值关联就成为可以考虑去除的假设。

可以说，冯·诺依曼的量子测量理论最早打破了玻尔（N.Bohr）的量子－经典“分割”，即量子测量的经典仪器必不可少的假设，开创了用一致量子力学对量子测量的动力学机制进行理论探索的先河。然而，这种理论尝试由于没有考虑到仪器的宏观或经典特征，即仪器所具有统计热力学的性质，而是理想地假定仪器是只有一个自由度的量子指针，因而导致了仪器的无限回归。为了切断无限回归的仪器链，消除干涉项，实现“波包塌缩”，冯·诺依曼最终求助于人的意识，从而导致了物理－心理平行主义的哲学困境。这一困境，直至当前仍无符合我们可以理解的合理解释。

二、

作者经过思考，找到了测量问题症结所在，下面试图用一种所有普通智商的人都能理解的方式来解决这一问题，并试着提出一系列新的假设。让我们一起看看怎样把意识和主观因素从量子力学中清除出去。欢迎大家就文章进行质疑。

首先，我们来谈论一个非常熟悉的概念：就是“时间”，在量子力学舞台上，时间是个被忽略的小角色。虽然我们对时间很熟悉，但是时间的本质定义是什么，一直没有人回答清楚。而量子力学理论意义上的时间本质又是什么？

试析之。我们把时间轴分成二段，以当前时刻t｡为界，分为历史时间和未来时间二部分（数学图示：一个右边带方向箭头的直线，在直线中间取一点代表当前时刻，点右为未来时间，点左为历史时间）。

在量子波函数坍缩情境中，我们假设用时间来标注其其坍缩过程：随着时间的推移，处于未来时间轴上的波函数未坍缩，在我们观察测量时（当前时刻），波函数坍缩，时间轴同时进入历史时间。我们发现，观察或测量总是和时刻t｡重叠在一起。各位，起作用的是与我们三维空间紧密相连的时间，还是观测者的意识？不管有没有智慧生物在观察，随着一个个当前时刻t｡的逝去，整个宇宙的所有量子的波函数一直在坍缩，没有受到打扰受到测量的量子，在接下来的未来时间里，仍然在运动，而且一直运动下去，在未来时间内，仍以量子波函数的叠加态存在；而被测量的部分量子微粒，则自然改变了运动状态。这一可以为我们日常经验所理解的过程，被哥本哈根学派表述为‘’测量导致量子波函数坍缩‘’这样一个部分的近似结果。

现在我们可以假设一个与以往不同的结论：量子在历史时间（符号t-）内波函数已坍缩，在当前时刻t｡波函数正在坍缩，在未来时间t*保持在波函数状态。以单个量子为例，宇宙深处的一颗光子，从100亿光年外的恒星处飞速奔来，到达了太阳系边缘，根据现在的量子力学理论，这粒光子在进入我们眼睛之前，即被我们观测之前，它如幽灵一般，即在这里又在那里（即量子叠加状态）。直到光子到达地球，等我们看到它，在这一瞬间，在我的视网膜上，坍缩成为一个实实在在的光点！在这一刻，它的波函数才坍缩成为实质（哥本哈根学派观点），所以光子飞到太阳系边缘的时候，因为我们还没观测到，它仍处于波函数状态。而按我的假设解释，应该是这份光量子，在100亿年前一直到现在，到达太阳系边缘，一直在坍缩！我们把光子运行到太阳系边缘时刻设为t｡，那么这份光子已经从100亿年前通过一条（仅一条）固定的通道，到达太阳系边缘。而在太阳系边缘到地球这一段尚未抵达的空间里，这一份光子呈不确定状态，其线路预估为量子叠加态，即有很多可能行经的线路。直到到达地球，在另一个t｡时刻坍缩，进入我们的眼睛，同时被视网膜吸收，结束100亿年行程，而在眼睛三厘米外擦着我们的耳朵飞行而过的其他同源光子，则继续运动，直到与其他粒子发生相互作用。

这一过程，与我们日常经验匹配得相当好，非常清晰，容易理解，而且我们可以发现，测量不是波函数坍缩的原因，而是导致了量子运动状态的改变，因测量行为在时间上与t｡重叠而导致了误解，未测量的量子，仍按当前时刻在客观坍缩。因此，我的假设完全涵盖了测量和不测量两种状态，不影响量子力学理论的实用性。

接下来，我们用这一方法来解释光的双栅实验。设一我们在试验前，以光源光子出发时刻为t｡，则光子经过双栅时间为未来时间，光子以叠加态随机选择双栅中的一栅（行进线路未确定）。设二，我们在实验中，在双栅后测量，即设t｡为光子已经经过双栅，我们一定会发现光子已经经过双栅之一（当然，光子还能以小概率不经双栅进入探测系统，量子隧穿，此处暂忽略不计），其运动线路单一，符合我的假设中历史时间的量子表现。如果以光子打到荧光屏时刻为t｡，我们将发现连续的单个光子在荧光屏上将组成干涉条纹，与多光子同时照射等效。

下面来“捕捉”‘’薛定谔的猫‘’。

先复述一下这个经典的思想实验。在一个盒子里有一只猫，以及少量放射性物质。之后，有50%的概率，放射性物质将会衰变并释放出毒气杀死这只猫，同时有50%的概率放射性物质不会衰变而猫将活下来。根据经典物理学，在盒子里必将发生这两个结果之一，而外部观测者只有打开盒子才能知道里面的结果。在量子的世界里，当盒子处于关闭状态，整个系统则一直保持不确定性的波态，即猫生死叠加。猫到底是死是活必须在盒子打开后，外部观测者观测时，物质以粒子形式表现后才能确定。这项实验旨在论证量子力学对微观粒子世界超乎常理的认识和理解，可这使微观不确定原理变成了宏观不确定原理，客观规律不以人的意志为转移，猫既活又死违背了逻辑思维。

在这个系统中，以我的假设出发，若设t｡为箱子打开时刻，猫若死亡，一定发生在历史时间，可以看到死猫；猫若未死，则即将到来的未来时间轴上，猫随时可能死亡，的确呈量子叠加态，却与我们日常经验相符。若设t｡为做实验前某一时刻（薛定谔假设的，似乎正是这一时刻），则实验尚未开始，黑箱中的未来时间轴上的猫，随时有死亡的可能，非常正常地处于两种可能性的叠加状态，正好可以用波函数来描述猫的状态。

总结一下：不管是否被观察测量，黑箱内的猫，随着当前时刻t｡的到来，波函数已坍缩，猫从量子叠加态不停地坍缩为历史时间的一固定态；而在未来时间t*段，猫仍处于量子叠加态。一一原来‘’薛定谔的猫‘’有两只，一只是历史坍缩态的猫，一只是未来叠加态的猫。

三、结论：

1、哥本哈根学派的‘’测量导致波函数坍缩‘’假设不正确！应该修改为：波函数的坍缩与测量无关，时间的固有属性导致波函数坍缩。

2、在时间轴上，以当前时刻为界，分历史时间和未来时间。得出：过去时间中的一切量子波函数均已坍缩，未来时间中的一切量子波函数都未坍缩。当前时刻为量子波函数即时坍缩点。

总结一下：量子力学理论初创时期，因为对概率坍缩的理解尚还模糊，虽然当时海森堡用测量行为代替t｡暂时解决了实用性问题，但因此引入一个主观因素，打破了欧洲十七世纪以来经牛顿等数十代科学家建立的科学世界观体系（文艺复兴让欧洲从漫长的政教合一的中世纪中摆脱出来，逻辑严密的自然科学让欧洲各国成为世界强国，几百年下来，对科学的认识和态度，让无数经典物理学家本能反对量子力学中比较主观的部分），可以想见当时反对量子力学的声音有多么强烈！由此引起的论战，让爱因斯坦等一大批最优秀的科学家对量子力学理论产生歧义，停止或减少了对量子力学的研究。虽然量子力学以其整体系统与实验结果的完美符合，最终胜出，但近百年前的这场大论战一一直延续到现在。前不久，中国科学院院士，南方科技大学前校长仍撰文将量子力学与意识间的这一话题放大，意图作为唯心论和佛教的一个强力证据，可见此问题影响之广，影响之劣。

此外，时间概念为我们日常经验所熟悉，并且是经典物理、相对论、量子力学理论中现成的概念，在量子波函数坍缩过程中引入时间概念，非但不突兀，还能给量子力学更多的思考研究空间，比如结合波函数的坍缩过程，我们对时间的本质理解，又更深了一步，我们发现，我们的宇宙演化过程，即时间流逝和空间延宕的演化过程，也正是是量子演化的过程，是未来可能性坍缩为历史现实的过程。如果这个理论能成立，我们即可断定，哪怕依据爱因斯坦的相对论，我们也不能建造出“时光隧道”这样的机器回到过去！因为从量子力学方面对时间的解释，历史时间的波函数已坍缩，无法回到过去去创造另一种可能性。也许此后，许多的科幻片都将不会再得到科学界的肯定。

进一步假设如下，设一：定义量子力学理论中时间的物理意义：时间流是量子波函数坍缩的过程。设二：时空具备量子特性（时空有最小值）。设三：时空的量子属性，赋予基本粒子量子特性。设四：历史时间不具备延展性，而未来时间可能具备相对论所称的延展性（时间缩短或延长）。设五：量子时空、经典时空与相对论时空具同一性。

注：当当前时刻等于测量时刻时，t｡包含于历史时间。