量子力學,真實存在的異世界(Quantum Mechanics, a weird world that exists in reality)

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小時候,有沒有FF過置身科幻、漫畫世界中,如龍珠中悟空般隨意瞬間轉移,或置身叮噹中如果電話亭和電影《連鎖蝶變》(The Butterfly Effect)中既平行世界﹖其實各位不用FF,因為我們的現實世界的確存在著如此「違反常理」的異世界。

淺談量子力學(Quantum Mechanics)

相信不少人也聽說過量子力學(Quantum Mechanics),但究竟甚麼是量子力學﹖對一般大多數人而言,量子力學的確係一個難以理解既範疇,就好似大陸、特區政府和「建制派」官員既言論一樣,令人O嘴同汗顏… (當然不同的係量子力學絕對不是歪理 😉 ) 即使如愛因斯坦也不相信量子力學(Quantum Mechanics),從他的名言「上帝不會擲骰子」(God does not play dice)可到睇到。有點諷刺的是他得到既Nobel Prize卻是因為光電效應(photoelectric effect),一個確立了波粒二象性概念(wave particle duality)的重要實驗,對量子力學的發現有重大影響。

量子力學難以理解這大多是因為所有我們中學或平常生活接觸到的物理、情況也是經典物理學(Classical Physics),亦是確定性的(deterministic)。而量子力學同經典物理學最大分別就是在於量子力學是概率性的(Probabilistic),亦即好像擲骰子一樣,同一實驗結果不是絕對而是根據機會率。(但這絕不是指量子力學是隨機、不可預測的)

「彈出彈入喎,打我吖笨」,薛定諤猫(Schrodinger’s Cat)

要理解量子力學,我們首先要認識甚麼是態疊加原理(superposition principle)。態疊加(superposition),指的是一個系統在量子世界入面是可以同時以幾種不同既形態出現。簡單講就好似波(wave)一樣,不同既形態係可以相加組成一個態疊加既形態(superposition state)。用0同1表示,即係一個系統在量子世界可以同時是0又是1,好似禁

在量子力學我們統稱這些形態做波函數(wavefunction)。

 

當然這對於身處宏觀經典物理學世界既我們是難以想像既,亦帶來邏輯詮釋上既問題。當中最經典的例子莫過於薛定諤猫(Schrodinger’s Cat)這個假想實驗。根據哥本哈根詮釋(Copenhagen interpretation),任何隔離既系統係量子世界都是處於態疊加既形態(superposition state)。只有當我們測量觀察這個系統的時候,相互作用才會將形態確立係我們最終在宏觀世界觀察到既狀態導致波函數坍縮(wavefunction collapse)。這個現象叫做量子退相干(quantum decoherence)。而之後我們無論再怎樣測量觀察個系統結果都唔會變。另外一種就是多世界詮釋(many worlds interpretation),即係假定我們世界存在無數個平行世界,每次測量觀察只是將我們帶去不同平行時空。

好啦,薛定諤猫(Schrodinger’s Cat)是指甚麼﹖薛定諤猫這個假想實驗講既就是假如有一隻猫,牠身處一間密室中,密室中有一瓶毒藥,而這瓶毒藥有一半機會放出有害氣體一半機會乜都唔會發生。咁究竟係我們打開門睇之前,隻猫是生定死呢﹖定係牠是處於superposition,即是生同時又是死呢﹖呢個「哲學」問題到而家都仲未有答案…

PS: 大家看完都仲唔明係正常的,因為即使是費曼(Richard Feymann)都講過冇人真的明白量子力學(I think I can safely say that nobody understands quantum mechanics),我這個small potato又點可能明白兼解釋得清楚呢﹖(不過我都歡迎comments同問題)

最後,祝大家中秋節快樂,下回待續。

現已刊於立場新聞(書面語版)

https://www.thestandnews.com/cosmos/%E9%87%8F%E5%AD%90%E5%8A%9B%E5%AD%B8-%E7%9C%9F%E5%AF%A6%E5%AD%98%E5%9C%A8%E7%9A%84%E7%95%B0%E4%B8%96%E7%95%8C/

 

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