量子力学是解开宇宙之谜的钥匙吗?
但量子场论中的“粒子”并没有明确的定位:你体内的粒子严格来说并不在你体内。一个试图测量其位置的观察者,不太可能在宇宙最遥远的地方找到它,但它不是零。让我们假设在你的厨房里有一个微粒。你的朋友从一辆路过的汽车上看你的房子,可能会看到整个宇宙的粒子。对你来说本地化的东西对你的朋友来说也是非本地化的。不仅质点的位置取决于你的观点,质点的位置也取决于你的观点。.....如果你放弃精确定位粒子的尝试,而只是简单地计数,那你就麻烦了。
假设你想知道房子里的粒子数。你在屋子里走一圈,发现餐厅里有三种颗粒,床下有五种,厨房橱柜里有八种,等等。现在把它们加起来。令你沮丧的是,这个总和不会是粒子总数。
粒子无法精确定位的一个极端情况是真空,它在量子场论中具有似是而非的特征。仔细观察整个真空的任何有限区域——根据定义,零粒子状态——你可能会观察到与真空完全不同的东西。
换句话说,你的房子可能完全是空的,即使你发现到处都是颗粒。这个理论预言了真空中一个特别不可思议的行为:平均粒子数为零,但真空中充满了活动。
所以我们来盘点一下。我们认为粒子是微小的台球,但现代物理学家所说的“粒子”与它们完全不同。
根据量子场论,一个物体不能被限制在任何有限的空间区域内,无论它有多大或多模糊。此外,粒子的数量取决于观察者的运动状态。
所有这些结果一起敲响了自然界是由类似球体的粒子组成的观点的丧钟。2015 12科学美国人坚持认为,现实世界的基本组成部分,如质子、电子和其他亚原子粒子,并不是坚硬不可分的。
它们都像波和粒子。他们可以凭空出现——纯粹是虚荣——然后又消失。物理学家甚至成功地将原子从一个地方移动到另一个地方,而不穿越任何中间空间。
在量子尺度上,物体看起来模糊不清,好像是被一个痴迷的上帝创造出来的。单个粒子不仅占据一个位置,还存在于这里、那里、中间的很多位置。
“量子理论很奇怪,每个人都同意,”多伊奇说。这似乎与牛顿和爱因斯坦所认为的大物理世界完全相反。
为了解决这些矛盾,大多数物理学家选择了一个简单的出路:他们将量子理论的有效性限制在亚原子世界。但多伊奇认为,这一理论的法则必须适用于现实的方方面面。
因为世界上的一切,包括我们自己,都是由这些粒子组成的,而量子理论在每一个可以想象的实验中都被证明是正确的,所以同样奇怪的量子规则也必然适用于我们。《发现》杂志的量子现实在很多方面都很奇怪。单个量子粒子可以同时出现在两个不同的地方——或者三个,或者四个,或者分散在某个区域,或许像波一样摆动。
事实上,量子理论似乎告诉我们,我们所相信的“现实”与我们所习惯的“现实”相去甚远,以至于很多量子理论家会告诉我们,在考虑粒子、原子甚至分子尺度上的现象时,要抛弃“现实”这个概念。
这似乎是相当不可接受的,尤其是当我们被告知量子行为主导所有现象时,即使是由量子成分构成的大型物体,它们本身也遵守同样的量子规则。