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1700961357 显然不能,因为伽利略自己当时对于落体的看法也是错误的!他虽然不同意亚里士多德的观点,但他的理论是:不同质地的物体都会有一个不同的最大速度,落体将在开始经历一个加速阶段,但到了最大速度以后就将一直保持匀速直线!而重物的最大速度要高于轻物,也就是说,在伽利略看来,重的物体仍然要比轻的物体下落得快。
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1700961359 考虑到空气阻力的因素,伽利略的结论实际上是“对的”。如果他能从飞机上把两个球扔下来,并精确测量它们的速度的话,这两个球最后的确会以匀速下落(因为空气阻力最终与重力达成了平衡)。但是,要达到这样的平衡,需要一个非常高的高度,而不幸的是,比萨斜塔不够高。因此,如果伽利略真的在斜塔上进行了实验,他就会尴尬地发现:自己的理论和实验不符,两个小球始终在加速下落,而重球的确会比轻球稍早落地一点点。
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1700961361 然而,伽利略在很长的一段时间里都始终坚持他的“最大匀速”理论,这就使人们更加怀疑,他是否真的进行过斜塔实验。时至今日,虽然还有如Drake这样的名家认为斜塔实验有可能存在,大部分科学史家都倾向于把这个故事看成一个虚构的神话。20世纪,鼎鼎大名的柯瓦雷(Alexandre Koy ré)甚至对伽利略在整个实验科学中的地位都提出了质疑,他认为伽利略的许多实验实际上都只是理论推导的点缀,在体系中并没有基本的地位。而有些在当时则干脆根本难以实现,很可能是凭空虚构出来的!虽然Settle和Drake等人对此进行了反驳,但至今科学史界仍然对此争论不休。
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1700961363 不过,在以后的岁月里,伽利略对于落体实验无疑进行过反复的、仔细的研究,并最终修改了自己的看法。他断言,当同时放开重球和轻球时,实际情况是:轻球会暂时领先一阵子,比重球落得快,但不久后,重球就会后来居上,超过轻球并最终率先落地!
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1700961365 这是一个听起来无论如何不能用物理定律来解释的现象,但20世纪末,科学史研究者们曾按部就班地重做了伽利略的大部分实验,高速摄像机显示,当你同时放开两个球时,它们的表现果然和伽利略记载的一模一样!只不过,你肯定猜不到其中的原因,原来事情是这样的:当你同时拿着两只球时,拿重球的那只手,其肌肉总是会比拿轻球的那只手更疲劳一些。所以当一个人自以为“同时”放开两个球的时候,拿重球的那只手总是会反应“慢一拍”,也就是说,他必然会不自觉地先松开拿轻球的那只手,而这是无意识的举动。
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1700961367 遥想当年,可怜的伽利略一定曾在这个问题上百思不得其解。而对于一些科学哲学家来说,这也支持了他们的看法,即物理学不可能完全是一种“实验科学”。如果理论与实验不符,我们既可以认定是理论错了,但也完全可以猜测,也许是实验数据因为某些原因而出了差错,因此,把科学简单地定义为“可证伪”就不能成立。不过,还是让我们在后面再来谈论这个话题吧。
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1700961369 上帝掷骰子吗?:量子物理史话(升级版) [:1700958638]
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1700961372 即使摆脱了爱因斯坦,量子论也没轻松多少。关于测量的难题总是困扰着多数物理学家,只不过他们通常乐得不去想它。不管它有多奇怪,太阳还是每天升起,不是吗?周末仍然有联赛,那个足球还是硬邦邦的。你的工资不会因为不确定性而有奇妙的增长。考试交白卷而依然拿到学分的机会仍旧是没有的。你化成一团概率波,像崂山道士那样直接穿过墙壁而走到房子外面,怎么说呢,不是完全不可能的,但机会是如此之低,以致你数尽了恒河沙,轮回了亿万世,宇宙入灭而又涅槃了无数回,还是难得见到这种景象。
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1700961374 确实是这样,电子是个幽灵就让它去好了。只要我们日常所见的那个世界实实在在,这也就不会给乐观的世人增添太多的烦恼。可是薛定谔不这么想,如果世界是建立在幽灵的基础上,谁说世界本身不就是个幽灵呢?量子论玩的这种瞒天过海的把戏,别想逃过他的眼睛。
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1700961376 EPR出台的时候,薛定谔大为高兴,称赞爱因斯坦“抓住了量子论的小辫子”。受此启发,他在1935年也发表了一篇论文,题为《量子力学的现状》(Die gegenwartige Situation in der Quantenmechanik ),文章的口气非常讽刺。总而言之,是要与哥本哈根派誓不两立的了。
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1700961378 在论文的第5节,薛定谔描述了那个常被视为噩梦的猫实验。好,哥本哈根派说,在没有测量之前,一个粒子的状态模糊不清,处于各种可能性的混合叠加,是吧?比如一个放射性原子,它何时衰变是完全概率性的。只要没有观察,它便处于衰变/不衰变的叠加状态中,只有确实进行了测量,它才能随机选择一种状态出现。
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1700961383 薛定谔猫悖论
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1700961385 好得很,那么让我们把这个原子放在一个不透明的箱子中让它保持这种叠加状态。现在薛定谔想象了一种结构巧妙的精密装置,每当原子衰变而放出一个中子,它就激发一连串连锁反应,最终结果是打破箱子里的一个毒气瓶,而同时在箱子里的还有一只可怜的猫。事情很明显:如果原子衰变了,那么毒气瓶就被打破,猫就被毒死。要是原子没有衰变,那么猫就好好地活着。
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1700961387 但这样一来,显然就会有以下的自然推论:当一切都被锁在箱子里时,因为我们没有观察,所以那个原子处在衰变/不衰变的叠加状态。因为原子的状态不确定,所以它是否打碎了毒气瓶也不确定。而毒气瓶的状态不确定,必然导致猫的状态也不确定。只有当我们打开箱子察看,事情才最终定论:要么猫四脚朝天躺在箱子里死掉了,要么它活蹦乱跳地“喵呜”直叫。但问题来了:当我们没有打开箱子之前,这只猫处在什么状态?似乎唯一的可能就是,它和我们的原子一样处在叠加态,也就是说,这只猫当时陷入一种死/活的混合。
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1700961389 奇哉怪哉。现在就不光是原子是否是幽灵的问题了,现在猫也变成了幽灵。一只猫同时又是死的又是活的?它处在不死不活的叠加态?这未免和常识太过冲突,同时从生物学角度来讲也是奇谈怪论。如果打开箱子出来一只活猫,要是它能说话,它会不会描述那种死/活叠加的奇异感受?恐怕不太可能。
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1700961391 薛定谔的实验把量子效应放大到了我们的日常世界,现在量子的奇特性质牵涉到我们的日常生活了,牵涉到我们心爱的宠物猫究竟是死还是活的问题。这个实验虽然简单,却比EPR要辛辣许多,这一次扎得哥本哈根派够疼的。他们不得不退一步以咽下这杯苦酒:是的,当我们没有观察的时候,那只猫的确是又死又活的。
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1700961393 不仅仅是猫,一切的一切,当我们不去观察的时候,都是处在不确定的叠加状态的,因为世间万物也都是由服从不确定性原理的原子组成,所以一切都不能免俗。量子派后来有一个被哄传得很广的论调说:“当我们不观察时,月亮是不存在的。”这稍稍偏离了本意,准确来说,因为月亮也是由不确定的粒子组成的,所以如果我们转过头不去看月亮,那一大堆粒子就开始按照波函数弥散开去。于是乎,月亮的边缘开始显得模糊而不确定,它逐渐“融化”,变成概率波扩散到周围的空间里去。当然这么大一个月亮完全“融化”成空间中的概率是需要很长很长时间的,不过问题的实质是:要是不观察月亮,它就从确定的状态变成无数不确定的叠加。不观察它时,一个确定的、客观的月亮是不存在的。但只要一回头,一轮明月便又高悬空中,似乎什么事也没发生过一样。
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1700961395 不能不承认,这听起来很有强烈的主观唯心论的味道,虽然它其实和我们通常理解的那种哲学理论有很大的区别(7) 。不过讲到这里,许多人大概都会自然而然地想起贝克莱(George Berkeley)主教的那句名言:“存在就是被感知(拉丁文:Esse Est Percipi)”。这句话要是稍微改一改讲成“存在就是被测量”,那就和哥本哈根派的意思差不多了。贝克莱在哲学史上的地位无疑是重要的,但人们通常乐于批判他,我们的哥本哈根派是否比他走得更远呢?好歹贝克莱还认为事物是连续客观地存在的,因为总有“上帝”在不停地看着一切。而量子论?“陛下,我不需要上帝这个假设!”
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1700961397 与贝克莱互相辉映的东方代表大概要属王阳明。他在《传习录·下》中也说过一句有名的话:“你未看此花时,此花与汝同归于寂;你来看此花时,则此花颜色一时明白起来……”如果王阳明懂量子论,他多半会说:“你未观测此花时,此花并未实在地存在,按波函数而归于寂;你来观测此花时,则此花波函数发生坍缩,它的颜色一时变成明白的实在……”测量即是理,测量外无理。
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1700961399 当然,我们无意把这篇史话变成大段的、乏味的哲学探讨,不如还是回到具体的问题上来。当我们不去观察箱子内的情况时,那只猫真的“又是活的又是死的”?
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1700961401 这的确是一个让人尴尬和难以想象的问题。霍金曾说过:“当我听说薛定谔的猫的时候,我就跑去拿枪。”薛定谔本人在论文里把它描述成一个“恶魔般的装置”(diabolische,英文diabolical,玩Diablo的人大概能更好地理解它的意思)。我们已经见识到了量子论那种令人惊异甚至瞠目结舌的古怪性质,但那只是在我们根本不熟悉也没有太大兴趣了解的微观世界而已,可现在它突然要开始影响我们周围的一切了。一个人或许能接受电子处在叠加状态的事实,但一旦谈论起宏观的事物比如我们的猫也处在某种“叠加”状态,任谁都要感到一点畏首畏尾。不过,对于这个问题,我们现在已经知道许多,特别是近十年来有着许多杰出的实验来证实它的一些奇特的性质。但我们还是按着我们史话的步伐,一步步地探究这个饶有趣味的话题,还是从哥本哈根解释说起吧。
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1700961403 猫处于死/活的叠加态?人们无法接受这一点,最关键的地方就在于:经验告诉我们这种奇异的二重状态似乎是不太可能被一个宏观的生物(比如猫或者我们自己)所感受到的。还是那句话:如果猫能说话,它会描述这种二象性的感觉吗?如果它侥幸幸存,它会不会说:“是的,我当时变成了一缕概率波,我感到自己弥漫在空间里,一半已经死去了,而另一半还活着。这真是令人飘飘然的感觉,你也来试试看?”这恐怕没人相信。
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1700961405 好,我们退一步,猫不会说话,那么我们把一个会说话的人放入箱子里面去。当然,这听起来有点残忍,似乎是纳粹的毒气集中营,不过我们只是在想象中进行而已。这个人如果能生还,他会那样说吗?显然不会,他肯定无比坚定地宣称,自己从头到尾都活得好好的,根本没有什么半生半死的状态出现。可是,这次不同了,因为他自己已经是一个观察者了啊!他在箱子里不断观察自己的状态,从而不停地触动自己的波函数坍缩,我们把一个观测者放进了箱子里!
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