【原创】盒子里的喵星人——2012年诺贝尔物理学奖解读

【原创】盒子里的喵星人——2012年诺贝尔物理学奖解读


       昨天发诺贝尔物理学奖颁奖的帖子的时候呢,其实我也没弄懂那俩哥们到底研究的是什么。然后读了不少关于两人研究方向的介绍,加上专业的 @专业打酱油 兄的科普,算是了解了个大概。不过网上的科普帖子看起来都需要一定的物理学背景知识,恐怕多数人不容易读懂,所以鄙人班门弄斧一下,按照自己的理解写个能让绝大多数人看懂的解读。不过毕竟自己的研究方向与这个差得比较远,所以有学术上的错误请指正。文章的目的是让具有高中物理水平的人读懂2012年的诺贝尔奖,所以如果有看不懂的地方,不管你是理科生、工科生、文科生、艺术生还是体育生,都请提出来,以便楼主改进。

       另外,这个是楼主原创,转发请注明出处

1、上帝的禁区

      牛顿力学创立之后,物理世界的秩序变得如此简单而明确,人类最大的梦想就是了解并预测这个世界的每一个细节。但是海森堡在1927年发表的一篇论文彻底粉碎了这个梦想。他在这篇论文里提出了知名的“不确定性原理”(又叫“测不准原理”):动量和位置不能同时被测量出来,更精确地知道其中一个变量的同时,必定会更不精确地知道另外一个变量。换句话说,我们对这个世界的测量的精确程度有一个极限,我们永远不可能把这个世界看清楚。这就像上帝为我们划定了一个禁区,在这个区域,人类是永远不可能涉足的。而且,越靠近这个禁区,人类探索的脚步越艰难。
引用:
在这里有个笑话:据说当年海森堡超速行驶被警察抓住,警察问他:你知道你开得有多快么?海森堡回答:我清楚的知道我在这,所以我当然不知道我开多快了。
2、薛定谔的猫

       奥地利物理学家埃尔温·薛定谔试图证明量子力学在宏观条件下的不完备性而提出一个思想实验:把一只猫放进一个封闭的盒子里,然后把这个盒子连接到一个包含一个放射性原子核和一个装有有毒气体的容器的实验装置。设想这个放射性原子核在一个小时内有50%的可能性发生衰变。如果发生衰变,它将会发射出一个粒子,触发实验装置,打开装有毒气的容器,从而杀死这只猫。根据量子力学,未进行观察时,这个原子核处于已衰变和未衰变的叠加态,但是,如果在一个小时后把盒子打开,实验者只能看到“衰变的原子核和死猫”或者“未衰变的原子核和活猫”两种情况。



       对于这个思想实验哥本哈根学派给出合理的解释:当盒子关闭的时候,系统同时存在于“衰变的原子/死猫”和“未衰变的原子/活猫”的叠加态,只有当盒子被打开,实施观察时,波函数坍缩为两者的一种状态。

       由于喵星人的抗议,这个实验成了解释量子力学的经典案例。现在我们把这个实验改动一点儿:箱子的盖子也连着那个毒液瓶,打开箱子的盖子,毒气瓶就会泄露,猫就被杀死了。换句话说,虽然我们知道猫处于一个叠加的量子态,但是由于我们打开盖子(测量)的方式不对,我们永远看不到一只活着的猫(某种量子态)。【喵星人:喂!!你够了!!!】

       在宏观上这个问题很好解决:在箱子上钻个孔,用超声波、X光探测,等等等等,但是,当我们把盒子和猫缩小到上帝的禁区附近,就不是这么容易解决的问题了。

3、两位科学家做了什么?

       简单来说,两位科学家各自找到了一种方法,让人类可以在上帝的禁区附近尽量不影响我们的观测对象的同时测量到观测对象(光子)的状态。相当于,我们找到了一种不打开盒子就能知道盒子里的猫死活的方法。甚至,我们还能知道猫是在睡觉,还是再舔毛,或者在洗脸,甚至在给别的喵打电话……【喵星人:你知道的太多了!】


4、这有什么用?

       这当然是用来打破喵星人的阴谋了!【≡0ω0≡】

       当然,除此之外,还有一个作用,就是推动了量子计算机的发展。看看现在在你面前的这台让你离不了的电脑吧,她又叫做“电子计算机”,顾名思义,她是依靠电子工作的,而电子有质量,所以她的传输速度不能太高,而相比之下光子没有质量,所以光子的传输速度理论上可以达到光速,至于为什么电子速度不能太快?打个比方:胖子跑不快么。【电子:……】


       光子虽然如女神般婀娜多姿让人神往,但是,女神从来都是高高在上神秘莫测的。如果我们连女神在做什么都不知道,怎么可能逆袭呢!所以说,这两位科学家所做的是人类实现量子计算机的第一步:我们有了对于量子态能进行不破坏观测和控制的方法,就可以用光子制造计算机的基本原件——逻辑门。想想我们以后的电脑里是光子在跑,是多么让人兴奋的一件事啊!



[ 本帖最后由 topp 于 2012-10-10 23:26 编辑 ]
附件: 您所在的用户组无法下载或查看附件

TOP

有爱的视频一枚,适合于有一定物理基础的观看:


[ 本帖最后由 qqot 于 2012-10-10 21:37 编辑 ]
就是这样,喵~~

大家猫年快乐!

TOP

喵星人来出没一下

TOP

提示: 作者被禁止或删除 内容自动屏蔽

TOP

回复 地板 的帖子

@云起时 出啥事儿了?

TOP

视频太快了

TOP

喵星人得救了!

TOP

虽然总见吐槽薛定谔,但是完全不了解这个实验想证明啥……
本帖最近评分记录
  • topp 蛋蛋币 +1 还没看懂么……泪奔…… 2012-10-10 23:30

TOP

嗯 不错 完全不懂 ……

TOP

好像三体里有这个的应用?就是三体人用什么量子纠缠的办法和地球之间进行快速的通讯。

TOP

高中物理挂掉的居然能懂【看起来似乎是懂了的吧】。。。。。。真让我泪流满面
我的音乐日记
再见,北师大。

TOP

视频好赞 秒懂

TOP

配图好萌~

TOP

班门弄斧这个词用词不当【咦

TOP

楼主写得很不错的说,顶一下
一念成佛,         一念成魔。

TOP