好些量子力學的科普中，存在哪些誤解？_NAS

北京時間10月4日下午，瑞典皇家科學院決定將2022年的諾貝爾物理學獎授予法國科學家AlainAspect、美國科學家JohnF.Clauser和奧地利科學家AntonZeilinger，以表彰他們“用糾纏光子進行的實驗，建立了貝爾不等式的違反，并開創了量子信息科學”。

——量子力學中那些“奇特”的現象，其實在宏觀世界中也一樣存在

文/陳思進

之前，我曾在專欄文《量子力學并沒有否定客觀世界》中提及：不確定性原理聽上去神奇，其實倒也并不神秘，它是某些成對出現的物理量，術語叫共軛物理量的邏輯必然。不確定性原理是普適的原理。不管在微觀世界還是宏觀世界，不確定性原理具有明確的數學法則，即質量越大和體積越大的物體，其不確定性就越小。所以，任何肉眼可見的物體，它的不確定性可小到完全可以忽略不計。

10小時前某巨鯨從Binance提取超1.1萬枚ETH:金色財經報道，據 Lookonchain 監測，USDC 脫錨期間曾用 2396 萬 USDC 兌換 15551 枚 ETH 的某巨鯨，在 10 小時前從幣安提出 11024 枚 ETH（約 1896 萬美元）。此外 3 月 24 日以太坊價格為 1766 美元時，該巨鯨還從幣安提出約 12500 枚 ETH（約 2207 萬美元）。[2023/3/28 13:30:17]

文章發表之后，收到好些讀者的詢問，說他們看到的一些科普文章，都把量子力學描述得非常得“神奇”，甚至感覺“超自然”了。那我就再詳談一下吧。

最近，牛津大學量子信息學教授VlaskoVidral表示，“很少有現代物理學認同牛頓物理學可以和量子物理學相提并論，即便在日常生活的‘真實世界’中，也是如此。牛頓的理論只是一種近似，在任何尺度上世界都是量子的。”

Revert Finance“v3utils”合約被攻擊，90% 資產損失來自于單個賬戶:金色財經報道，AMM 流動性管理協議 Revert Finance 發推稱，“v3utils”合約被攻擊，其中有 90% 資金是從單個賬戶中盜取，被盜竊資產包括：22983.235188 枚 USDC、4106.316699 枚 USDT、485.5786287699002 枚 OP、0.18217977664322793 枚 WETH、36.59093198260223 枚 DAI、211.21463945524238 枚 WMATIC 與 22 枚 Premia。

大部分對該合約的授權已被取消，并對剩余易被攻擊資金進行白帽處理，但有一些沒有余額的地址仍被攻擊合約進行授權。Revert 提醒這些地址取消授權。接下來幾天團隊將發布關于此次攻擊事件的完整報告，并為被攻擊用戶進行賠償。[2023/2/20 12:17:03]

也就是說，量子力學非但適合量子世界，也適合“真實世界”——我們可見的宏觀世界。大多數人都以為量子的那些不可思議的特性，如疊加態、量子糾纏、不確定性原理等，只是量子世界的特性，在宏觀世界中并不適用。其實這是一個誤解。所有量子理論中的數學公式，都可以用在宏觀世界之中；所有適用于微觀粒子的概率計算，也都可以計算宏觀物體。

今日恐慌與貪婪指數為61，貪婪程度微降:金色財經報道，今日恐慌與貪婪指數為61（昨日為62），貪婪程度微降。

注：恐慌指數閾值為0-100，包含指標：波動性（25%）＋市場交易量（25%）＋社交媒體熱度（15%）＋市場調查（15%）＋比特幣在整個市場中的比例（10%）＋谷歌熱詞分析（10%）。[2023/2/17 12:12:17]

舉一個實例。如果我們將電子的位置測準到1毫米范圍，那么它速度的不確定性將高達1米/秒；如果將原子的位置測準到約10的-10次方米這一范圍的話，它的速度的不確定性，將高達1萬米/秒。

但是，如果我們測量的是一個重1公斤的鉛球，假如我們把它的飛行速度測量至小數點后24位這個精準度，即便在這個精準度之下，它的位置不確定性的范圍，也不會超過一個原子的大小。

NFT項目“胖企鵝”Pudgy Penguins地板價突破4 ETH創歷史最高記錄:金色財經報道，據最新數據顯示，NFT項目“胖企鵝”Pudgy Penguins地板價已突破4 ETH，創下歷史最高記錄，本文撰寫時為4.04 ETH，24小時漲幅6.32%。此外，該項目歷史交易額達到1.911億美元，市值突破8000萬美元（當前為8078萬美元）。有消息稱，Nansen 首席執行官 Alex Svanevik、Saks Fifth首席運營官 Avenue RJ Cilley、Meta 合作伙伴團隊的 Jordan Sterling等多家知名企業高管已加入該項目顧問委員會或是推動其上漲的原因。[2022/8/23 12:42:19]

再比如量子隧穿效應，質量越小，概率就越大。這個概率的數學計算，同樣可以用來計算一個棒球打到墻上，有多少幾率穿墻而過，只不過計算結果的概率可小到宇宙末日的到來，才有可能發生一次。

然而，注意到，在一些科普文章中，把不確定性定義為只存在于微觀世界。這是一個誤解。事實上，在真實的物理理論中，量子的不確定性原理，其實并不只適用于微觀粒子，宏觀物體也同樣符合不確定性原理。而且可以定性地描述為一個公式，也就是：“一個物體的位置不確定性X它的速度不確定性<普朗克常數/物體的質量”。這是一個普世的公式，它表示物體的質量越小，那么不確定的范圍就越大；反之，則越小。

換句話來說，不確定性原理是普世原理。只是體積越大，不確定就越小。于是，任何人眼可見的物體的不確定性，已小到可以忽略不計了。不過，歸根到底，世界就是不確定的。

同時，疊加態也一樣，物理學家李淼先生曾說過：“任何物體可以處于不同位置的疊加態中”。不過，為何在宏觀經典世界中，迄今為止，似乎并沒有發現像人體、貓等也具有疊加態呢？這也恰恰是量子力學最大的特點，即，一旦一個系統足夠大，那么它的表現至少“看”上去，與經典物理系統就一樣了。

比如，著名的“薛定諤的貓”，盡管從量子力學的理論去觀察，這個“貓”可以同時處于生和死的疊加態。但是，由于“貓”太“大”了，“貓”通過呼吸和空氣發生了作用，即“貓”和外界接觸了。因此，波函數早就坍縮了，即“貓”肯定會要么生，要么死，不會同時處于生和死的疊加態。

20世紀初，由于相對論和量子力學的出現，人們普遍認為機械宇宙觀已經破產，甚至認為相對論和量子力學“推翻了”牛頓力學。

其實不然。

眾所周知，量子力學的發展是從因應19世紀末物理學上空的二朵烏云中的“黑體輻射”問題開始的；而反映經典物理學中的另一基礎性矛盾——另一朵烏云“以太漂移”，則被愛因斯坦的狹義相對論和廣義相對論所詮釋，揭示了空間、時間、物質和運動之間的內在聯系，帶來了整個物理學和人類認知領域的革命。

我還注意到，在很多科普相對論的文章中，也常有個誤解，就是說相對論只適合高速、大質量物體。而相對論在低速、小質量物體時，也是對的。就像在宏觀世界觀察不到量子現象一樣，相對論在低速、小質量物體時，也只是不明顯而已。

其實，愛因斯坦是在洛倫茲變換的基礎上，建立起來的一種新的時空觀，后來被稱為“相對論時空觀”。在愛因斯坦新的時空觀里，原有的力學定律都需要被修正，而牛頓定律不過是低速度空間里的特例。

這就是為何亞里士多德的落體理論和托勒密的地心說早已成為歷史，而牛頓力學至今仍然是全世界所有物理學的基礎教程的原因所在，并且依然是現實生活中使用最廣泛的物理學知識。

顯然，不僅相對論和量子力學絕對沒有推翻牛頓力學，而且它們是以全新的方式，更精確和更清晰地再次證明了牛頓力學的科學性，因為，低速空間是我們的常態。

最后，用李淼先生的一句話作為此文的結語：“量子力學的世界是一個神奇的世界。這個世界再神奇，也不會神奇到沒有意識就不存在。它只是告訴我們，一個粒子可以處于不同位置的疊加態中，甚至任何物體都可以處于不同位置的疊加態中。”

2022年10月05日寫于多倫多安大略湖畔

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