量子游戏 (1) – 叠加 Superposition

以下是 MIT 的一位物理教授 Allan Adams 的第一堂量子物理课 : 叠加 Superposition, 蛮有趣的,没有数学,只有概念,有兴趣的可以试试游戏 : “猜猜看“,现在已经进入量子时代,我们也应该知道一些量子世界的样子,和它对我们的日常会有什么影响。

我将他授课时所画的图整理了一下,方便大家观看。

(1)假设:

假设电子有两个特性Properties):

  • 颜色 Color (C) —— 黑 (Black)或者 白 (While)
  • 硬度 Hardness (H) —— 硬(Hard) 或者 Soft(软)

(2)制造两个仪器 :

仪器 C仪器 H仪器 C 可以测量出电子是“(B)还是“(W) ,而仪器 H则可以测出电子“(H)还是“(S)

(3) 两个特性是否有相关性?

我们来看看这两个仪器的一些测量特性,我们将随意输入一些电子 ( input randomly ) 在最左边的仪器,它可能有任何特性(黑、白、硬、软)。

  • (A)如果将电子输入第一个测量仪 (C) ,得出的结果假设是 W, 然后将结果再输入另一个测量仪(C),那测量出来的一定是 100% W ( 白色的电子 ),不会有黑色的电子!
  • (B)如果将电子输入第一个测量仪 (H) ,得出的结果假设是 S, 然后将结果再输入另一个测量仪 (H),那测量出来的一定是 100%S (“软” 的电子),不会有“硬”的电子!
  • (C) 如果将电子输入第一个测量仪 (C) ,得出的结果假设是 W, 然后将结果再输入另一个测量仪 (H),那测量出来的是 50% S (“软” 的电子50% H (“硬” 的电子
  • (D) 如果将电子输入第一个测量仪(H) ,得出的结果假设是 S, 然后将结果再输入另一个测量仪 (C),那测量出来的是 50% W (白色的电子50% B (黑色的电子

以上的电子的特性 “好像” 在告诉我们

知道电子的颜色特性,并不能够告诉我们电子的软硬特性,那就是说他们的这两个特性是不相干的(not correlated)各自独立的 !

(4) 再试试它的特性

猜一猜 :(i)如果我们再试试以下的组合,你觉得会如何呢?(记得,我们开始都是随意输入一些电子在最左边的仪器)

如果你猜不到,那你并不丢脸,因为很多物理学家刚遇到的时候,都猜不到!(你可以在底下找到答案)

(5) 设计实验组合(I)、(II)、(III)

猜一猜 :(ii)假设我们增加了两个器件 — 反射合成器 。然后将各仪器摆成下面的样子(I)、(II)、(III)、(IV),下图你觉得 电子最后的输出会如何(注意我们开始这一次时,不是随意输入一些电子在最左边的仪器)

这个实验的结果更加奇怪了!:)) ….

(6) 设计实验组合(IV)

这个实验里,我们增加两个障碍物,用以阻拦电子的路径 A 、B 。

猜一猜 :(iii) 上图中,假设我们用障碍物阻拦了电子的路径 B,这一次会得到什么结果?

(7) 我们来跟电子开个玩笑 (Locality),作弄它!

假设你已经知道上面(6)的答案了。

猜一猜 : (iv)

  • 我们再假设 A路径 离开 B路径很远、很远,一千万 km那么远,重做上面的实验,其结果还会一样吗?
  • 或者再跟 “电子” 开个玩笑,等 A路径 的电子到了 仪器 C 的门口後,把障碍物 阻拦路径 B ( 只要设计好,这是可能的 ),实验结果还会一样吗?

(8)电子走哪一条路径? A or B ?

猜一猜 : (v)


(*)答案 :

(i)

(ii)

(iii)

(iv) 两种情况都会的。:)

(v) 不能问这个问题,问这个问题会有矛盾的!到了这里,你可能有更加矛盾的想法: “难道是同时经过???….搞什么呀?” ..嘻嘻嘻 …但是不可能,如果我们在这两路径 A和 B 中安装观察器去观测电子,你不会看到 “半” 粒电子!它总是整粒的,不是在 A 路径,就是在 B 路径 , 你说奇怪不奇怪??

欢迎大家来到这奇怪的量子世界! 不可说~不可说~

量子力学的一个学派说 :你没有看见月亮,你是不能够说月亮是存在的 !

Reference:

如果有任何错误,那是我的问题,不关教授的事,嘻嘻….

发表评论

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com 徽标

您正在使用您的 WordPress.com 账号评论。 注销 /  更改 )

Google photo

您正在使用您的 Google 账号评论。 注销 /  更改 )

Twitter picture

您正在使用您的 Twitter 账号评论。 注销 /  更改 )

Facebook photo

您正在使用您的 Facebook 账号评论。 注销 /  更改 )

Connecting to %s