五個不可思議的實驗會讓你相信現實只是幻覺

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你需要知道最重的事就是世界上沒有人可以完全解釋量子力學是什麼東西。裡面一個無法被解釋的現象就是一個系統的行為會被觀察者所影響,讓一個系統原本的狀態變成另一種狀態。這些實驗會顯示實驗的結果會被觀察者所影響,而量子力學該如何面對意識想法會影響物質現實的後果。

1. 薛丁格貓 Schrödinger’s cat

哥本哈根詮釋(Copenhagen interpretation)可能是到如今最出名的量子力學的一種詮釋。在量子力學裡,量子系統的量子態,可以用波函數來描述。這是量子力學的一個關鍵特色。波函數是個數學函數,專門用來計算粒子在某位置或處於某種運動狀態的機率。測量的動作(觀察者)造成了波函數塌縮,原本的量子態機率塌縮成一個測量所允許的量子態。

愛因斯坦曾經說過”神不會玩骰子”而反對這詮釋。不過所有計算與估計的準確性證明哥本哈根詮釋是對的。不過他的支持者在減少中因為最大的原因就是實驗裡波函數塌縮的神秘現象。 最有名的實驗可以顯示這現象的荒謬性就是 Erwin Schrödinger 的薛丁格貓實驗(以下影片有中文解說)。

2. 電子繞射現象 Diffraction of electrons

雙縫實驗(Double-slit experiment)是一種演示光子或電子等等微觀物體的波動性與粒子性的實驗。它是一種”雙路徑實驗”。微觀物體可以同時通過兩條路徑或通過其中任意一條路徑,從初始點抵達最終點。這兩條路徑的程差促使描述微觀物體物理行為的量子態發生相移,因此產生干涉現象(像波浪一樣的行為)。

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雙縫實驗的基本儀器設置很簡單,將像雷射類的相干光束照射於一塊刻有兩條狹縫的不透明板,通過狹縫的光束,會抵達照相膠片或某種探測屏,光的波動性使得通過兩條狹縫的光束相互干涉,形成了顯示於探測屏的明亮條紋和暗淡條紋相間的圖樣(波浪狀態下會形成許多的條紋)。

雙縫實驗可能是科學史上最重要的實驗。因為當觀察者出現時很奇怪的事就發生了,那些粒子穿過雙縫時會停止干涉現象,變成傳統的兩條紋圖案,而行為不在像波浪一樣形成許多條紋。

那些粒子好像在有觀察者的情況下不想表現出他們的本性一樣。最簡單的解釋就是所有的系統都無法在被觀察的情況下而不被影響。以下的動畫片簡單的解釋這奇怪現象:

3. 加熱的富勒烯 Heated fullerene

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富勒烯是一種完全由碳組成的中空分子,形狀呈球型、橢球型、柱型或管狀。富勒烯不僅含有六元環還有五元環,偶爾還有七元環。

最近一群維也納大學的科學家由Zeilinger博士帶領下用雷射光照射移動的富勒烯,然後用一個外在的來源加熱,他的分子開始發光,而富勒烯的移動會自動躲過阻礙物(像波浪一樣跟上一個例子類似)。但是很奇怪的是當觀察者出現後它們的行動又開始跟一般依照物理規則的粒子一樣正常。

4. 冷卻測量 Cooling measurement

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量子力學裡最有名的一個原理就是Heisenberg的不確定性原理(uncertainty principle),這原理說你無法同時預估一個量子物體的速度與位址。我們越準確的測量一個粒子的速度,我們就越無法準確的測量它的位址。但在大的宏觀物體裡量子力學的定律一般無法被察覺到。

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美國Schwab博士最近的實驗用一個小的鋁條發現了量子效應。這鋁條在空中兩邊被固定住,受到外在影響時會震動。他後來加了一個可以正確紀錄鋁條位址的儀器在旁邊,結果是發生了兩件很有趣的事。

第一件事是,任何測量的動作都會影響鋁條的位址。簡單的說研究家可以準確的估計鋁條的位址,所以依照Heisenberg的不確定性原理,觀察者改變了它的速度,才能預估它的位址。

第二件事是,讓研究家很意外的是有些測量的動作讓鋁條冷卻。所以觀察者的存在還可以改變鋁條的物理特性。

5. 冷卻粒子 Freezing particles

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大家都知道不穩定的放射性粒子會衰變,但科學家發現每個粒子的壽命會在觀察者的觀察下增加。這量子效應第一次在1960年被預測,後來在2006年被諾貝爾物理學獎得主Wolfgang Ketterle給證明。

這文章裡用激發銣原子的衰退來做研究 (光子在它的基本態下可以衰退變成銣原子)。在這系統裡他們觀察用雷射光激發原子的後果。這觀察用兩種方式進行: 持續性 (系統持續的被脈衝光照射),與脈衝狀 (系統不定時的被更強大的脈衝光加熱)。

結果是與量子力學的預估一樣,外在光的影響減慢了粒子的衰退,讓它們變回基本態。兩種方式的效應規模都與預估的一樣。銣原子的壽命最多被增加到了比原先多30倍。

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這些實驗證明了觀察者在觀看時可以改變現實,所以 Carl Jung 與Wolfgang Pauli (奧地利物理學家,諾貝爾獎獲得者,量子力學的先驅) 是正確的當他們說物理學的定律應該與意識被看為同一件東西。

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科學家快要承認我們的世界只是我們腦子裡的幻覺,是不是很恐怖?

這所有的實驗都證明你無法觀察一個系統而不對它做任何改變。

這可以由量子去相干(Quantum decoherence)來解釋,指的是一量子系統狀態間相互干涉的性質隨著時間逐步喪失。 在一個量子系統裡,一個系統跟一個比它大的系統互動時它會開始失去的原有的性質而順從更大的系統。就像薛丁格貓一樣,那隻貓是一個很大的系統而無法被世界隔離。

量子去相干的說法表示這整個世界都是量子去相干的後果。而許多物理學家會表示”世界上沒有粒子”或”基礎層面上沒有時間的存在”。

所以到底是觀察者(創造者)還是量子去相干的原因? 越來越多科學家相信我們的思考程序是被這些量子效應所製造。所以觀察何時結束,現實什麼時候開始,一切都在於你本身。

來源: Themindunleashed