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谈谈蚁人的“量子领域” 精选

已有 6050 次阅读 2018-9-21 19:08 |个人分类:大众物理学|系统分类:科普集锦

 

 


经过几年的科学研究,重出江湖的蚁人越发厉害了。在漫威新片《蚁人2:黄蜂女现身》里,蚁人的本事更大了,不但可以无限缩小,深入量子领域,还可以无限放大,填充整个宇宙。看来这西方的科学技术确实有一些值得我们东方神秘主义学习的地方:齐天大圣孙悟空虽然神通广大,也只能变个顶天立地的法身吓唬山精水怪,或者变个蟭蟟虫钻到铁扇公主的肚子里去——比这个蚁人差得可不是一点半点啊。

那么,这个神奇的“量子”究竟是个什么东西呢?为什么这么厉害?其实在普通人看来,量子就是一个形容词,用来形容特别特别小的东西、特别特别厉害的东西。这是最近几年特别流行的一个词,就像前几年流行的“纳米”一样。

我们普通人只是熟悉自己日常生活的环境,偶尔会把自己在这个环境中获得的经验推广到超出这个范围的情况。比如说,我们最远能走个几十公里,最小能看到毛发的粗细,这些都是我们身高的大约十万倍或者十万分之一的范围。超过这个范围,我们就只能想象了:“一尺之捶,日取其半,万世不竭”,这是一种可能;“万物都由不可分割的原子构成”,这是另一种可能——最近一两百年的科学研究发现,后者更接近于正确。

人类的进化是为了吃好喝好、传宗接代,而不是为了理解大自然的奥秘——但是碰巧有些奇才异能之士做到了这一点。牛顿为什么伟大?就是因为他发现,主宰我们周围环境的定律可以适用于遥远的月亮乃至太阳,万有引力定律消除了“月下世界”和“月上世界”的差别。二十世纪初的量子力学革命为什么震撼人心?就是因为人们发现,原子和分子尺度的微观世界与我们的宏观世界确实有着巨大的差别——正是这些差别赋予“量子”这个词以巨大的魔力。

微观世界与宏观世界的一个差别是,微观世界的基本构件只有不太多的几种基本粒子,比如说,质子、中子和电子,而每种基本粒子是全同的、不可分辨的。我们平时看到一对双胞胎都会觉得有些稀罕,每年一度的世界“双胞胎节”总是可以吸引记者的关注,可是在微观世界里,所有的基本粒子都是一模一样的、没有任何差别,而它们的数目可不是两个、三个,也不是两万个、三万个,而是,好吧,我也一下子说不清楚多少个。千差万别的世界当然不同于千人一面的国度了。

微观世界与宏观世界的另外一个差别是,这些基本粒子之间的相互作用不是连续可分的,而是一份一份的(所谓的“量子化的”)。你要是走路不小心摔个跟头、擦破了点皮,你会觉得有些疼,但是绝不会在乎损失的血小板到底是一万个还是一万零一个。两个基本粒子碰到一起,它们交换一个还是两个“量子”就需要斤斤计较了。换个说法吧,土豪花钱都是论斤称的,而穷光蛋却总是在意一张两张的毛票了,所以,他们眼中的世界肯定是完全不一样的。

还有一个差别是,微观粒子之间也是有联系的,而且这种联系往往不同于宏观物体之间的联系。宏观世界讲究“丁是丁、卯是卯”,即使藕断丝连也是有脉络可循的,而微观世界则是“月朦胧、鸟朦胧”,测不准原理发挥着重大作用。“一丝不苟”先生碰到了“差不多”先生,自然互相看着不顺眼了。

当然,这些差别并不是蚁人科技威力无穷的原因——毕竟这只是个娱乐电影嘛。假如需要向慈禧太后解释为什么美军在海湾战争中这么厉害,你跟她说什么电子作战飞机的威力、爱国者导弹的准度,肯定是讨不了好的。为了安全起见,还不如直接告诉她说,美军的胜利全是因为一位施瓦茨科普夫将军,他不但有万夫不当之勇,而且聪明如诸葛之亮,忠义如关云之长,所以才能“横扫千军如卷席”。

看电影的时候,听到什么“量子”啦、“纠缠”啦、“引力”啦、“纳米”啦,只需要自动地把它们替换成“扯淡”两个字就行了——反正扯淡也就那么几种方式,谁也变不出什么花儿来的。

 

PS: 这是8月份应邀为“科普中国”写的一篇小文章

蚁人归来 黄蜂女现身,神奇的量子究竟是什么东西?

科普中国网 2018-08-24 作者:姬扬 中国科学院半导体研究所

http://www.kepuchina.cn/fiction/movies/201808/t20180824_697391.shtml 

 



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