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27/10/2009

量子蝙蝠

     朋友小何是我们台里的新闻主播,有一天晚上她独自回家,进门开灯后却发现一只蝙蝠盘旋于房间上方,顿时吓得花容失色,躲进卫生间打电话向我们求救。等大家赶到时,蝙蝠已经不知何处去了,于是众人关紧门窗,寻遍了蝙蝠可能藏身的各个角落,未果。大家认为大概蝙蝠在抓捕行动开始之前就已经逃出屋外了,于是各回各家各找各妈。
     哪知数日后,小何发现蝙蝠又重现江湖,我接到她的求助电话时,惊叫之声通过手机穿云裂石撕心裂肺,以至于我还未做出反应,已经惊动了她的邻居。邻居进屋察看时,蝙蝠却又不见了踪影。小何称这几日只用纱窗透气,从未开窗,因此蝙蝠必在屋中无疑。此后几日,我们帮她翻箱倒柜,甚至用胶布和纸堵上了屋里所有的孔洞,将蝙蝠出没的可能完全封杀。
     之后,蝙蝠便再也没出现过,但小何每天都会在地面上发现一些诡异的动物粪便,为此她特地上网查图对照,确定那些确实是蝙蝠排泄的产物,因此更加惊恐。她问:“既然所有的地方都排除了,那么它到底藏在哪儿呢?”我回答道:“只有一种可能了,这是一只量子蝙蝠。”
     下面请允许我给大家上一堂近代物理课。所谓量子态,是指微观粒子的运动状态。微观粒子的运动和我们平时看到的宏观物体运动不一样。就拿小何家的蝙蝠为例,我们先在屋里随便找个点,比如“电灯中心正下方十厘米处”这个点吧,如果蝙蝠是宏观物体,当它飞过这个点的时刻,它就在这个点;其余时间,它就不在这个点。这个应该很好理解。但如果这只蝙蝠和微观粒子一样,是量子态的,那么就会出现这么一种情况,那就是它“既在又不在这个点”,通俗点说,量子化的粒子在特定时刻,不是固定存在于一个点,而是有概率地分布在一片空间中。还记得中学化学里讲的“电子概率云”么?电子就是微观粒子,是量子态的,所以我们没法说电子在某一时刻究竟出现在原子核外空间的哪个地方,只能说它在某处出现的机会有多少。对于蝙蝠,我们也可以这样说,在某一时刻,这只量子蝙蝠并不在小何家的某个具体位置,而是存在着出现在家里任意一处的概率,换句话说,在小何家中,这只蝙蝠在每时每刻,都是无处不在的,所以我们虽然可以肯定它就在屋子里,但始终不知道它具体到底在哪儿。
     既然这样,那为什么小何还能两次看到它,并发现粪便呢?这里又要引入一个概念——“薛定谔的猫”。这个概念来源于奥地利物理学家薛定谔1935年提出来的一个量子理论理想实验:省略掉其中太过深奥的东西,简单来说就是一只猫被封在一个盒子里,如果有人想通过任何方式打开盒子或其他方法来观测这只猫,那么就会触动盒子的机关,放出毒气把猫毒死。所以,如果没有进行观测,我们不知道猫是死是活,但如果观测了,你只能得到“猫是死猫”的结果。
     因此,在没观测的状态下,这只猫也是一只量子猫,它“既是死的也是活的”,就像那只蝙蝠“既在又不在那个点”一样。下面再说说观测,我们知道,宏观物体一般是不会因观测而改变的,比如你看不看刘翔跨栏,对他的成绩是没有任何影响的,但量子力学的奇妙之处就在于“观测”这个动作本身会改变被观测粒子的状态,就像薛定谔的猫,如果观测者去看它,就会影响量子猫的状态,让猫从“既死又活”的状态变成“死”的状态,这个状态的变化,物理学上称之为“坍缩”。
     如果还不清楚,我再举一个“观测导致坍缩”的例子:小时候我看到钟表时总是在想,在我不看它的时候,秒针是否真的在走呢?当然这只是童年时无知的猜想。但现在如果我们把秒针看作量子态,那么在我不看钟,也就是没观测的状态下,秒针就可能出现在表盘上60个刻度中的任何一个位置;而一旦我实施观测,那么在那一瞬间秒针就会“坍缩”,从量子态成为宏观态,出现在特定的一个刻度上,并按照宏观的运动轨迹一秒一秒地走下去。
     所以,小何进屋开灯实施观测,这个行为正好导致了量子蝙蝠的坍缩,变成了一个实实在在的蝙蝠,以宏观态飞来飞去。但当我们刻意去寻找它时,它又回归了量子态,自然就找不到了。至于粪便就更好解释了,这些本属于量子蝙蝠体内的部分粒子,在离开本体之后,就会从不稳定态衰变为稳定态,所以我们就能看到这些“福份”了。
     写到这里才发现原来自己写的是一篇科普小品文。最后还是让我们把小何的故事讲完:后来有一天我们几个人聚在一位朋友家吃饭,席间小何一直觉得屋里灯光太暗,而且说了好几句我们都听不清楚的话。于是我对她说:“完了,你肯定被量子蝙蝠咬了。不信你看,你现在像蝙蝠一样视力在退化,还有,Batwoman同志,恭喜你即将成为人类历史上第一位用超声波播新闻的女主播!”

Commentaires (8)

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茜 黄a écrit :
果然半懂不懂,厉害啊,有点研究的
30 Oct.
LYNNE LEEa écrit :
哈哈哈哈,有才。。。
29 Oct.
Cookiea écrit :
买瓶雷达~~!!门窗关好 全部喷光~然后锁住一天,管它量不量子~全死光光!
28 Oct.
白 高a écrit :
说白了,量子蝙蝠存在,但你找不着
28 Oct.
Yia écrit :
哈哈
28 Oct.
越菲a écrit :
很有趣的文章,之前对那些物理名词一知半解,现在经过你一解释非常浅显易懂
不过话说蝙蝠有什么好怕的?不和人一样,都是哺乳动物吗?
如果是昆虫的话怕怕还有些道理呢
话说夏天时有只知了飞进了我房间,我也是吓得半死,要是后来没抓到的话
我打算把房间让给它了……
看来我家的知了不是一只量子知了
27 Oct.
Jiabin Wanga écrit :
hahahahahhahahahha
27 Oct.
anna ana écrit :
还是不明白
27 Oct.

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