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Posts tagged ‘量子’

1
Oct

量子永生

MWI(Many World Interpretation)平行宇宙理论(或多宇宙理论)是一个非常有意思的理论,它的提出是为了解释哥本哈根学派所面临的困难。

在解释著名的薛定谔的猫时,哥本哈根学派认为在观测前,猫处于既死又活的状态,然而一旦观测,波函数就坍缩了,我们有50%的概率观察到它死了,50%的概率观测到它还活着,但是现实世界里猫只有死或者活之中的一种状态。但是这种解释有一个问题,就是观测到底是什么意思,观测者是什么,用仪器记录下来而我们人类不去看,波函数到底坍缩了没有,最终会把问题归结到意识上面,一个拥有意识的“观测者”成了宇宙中拥有使波函数探索的至高无上的权利,似乎与我们对世界的认识不符。。

于是,平行宇宙理论粉墨登场~!MWI解释说,每次实验都会同时产生一只活猫和一只死猫,只不过他们存在于两个平行宇宙中,一个宇宙中猫死了,而另一个宇宙中猫还活蹦乱跳!当一个量子过程发生后,不光是猫被卷入了叠加态,整个宇宙也被卷入了叠加态!不同的平行宇宙之间不能产生任何联系,而我们也只能按照一定概率观测到某一个平行宇宙,这就解释了薛定谔的猫实验。时至今日,平行宇宙理论的支持者势力已经仅次于哥本哈根解释了,它在物理学界已经可以算是一种被广泛接受的正规理论了。

如果我们接受平行宇宙理论,那么就会得到很多有意思的结果。
你在这个世界为你错误的选择而痛苦,而这正是身处另一个量子分支的你快乐的表现。而这并不是最让人欣慰的结果,根据平行宇宙理论,你甚至是永生的~!

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1
May

量子计算机探幽

量子计算机是一个令人神往的东西,虽然目前还没有实际制成量子计算机,但是他却成了我一直翘首以待的产品。量子计算机可以算是不同于我们现在的普通计算机的下一代计算机,它可以解决许多传统计算机没法有效解决的问题。

量子计算的概念,最早是由费恩曼提出的,从那以后计算机科学家们已经在这个领域里有了不小的进展。量子计算机是一类遵循量子力学规律进行高速数学和逻辑运算、存储及处理量子信息的物理装置。量子计算机的基本特征之一,就是它使用的信息单元不是比特,而是量子比特(qubit)。量子比特可以是电子那样的粒子。可以让自旋向上代表1,自旋向下代表0。与传统计算机不同的是,电子可以处于自旋向上和向下的叠加态,即1和0的叠加态。处于叠加态的少量粒子可以携带大量信息。假如我们可以控制仅仅1000个量子比特,那我们也可以用之表示出从1到2^1000的所有数字,并且可以同时对所有数字进行操作,也就是所谓的并行计算。虽然当我们最终读取量子状态时,只能从2^1000个状态中随机的读取其中的一个,而其他的状态都会消失,但是我们可以通过对粒子进行巧妙的处理,用量子计算机求解一些普通计算机没法有效求解的问题,例如对大数分解质因数。用现有的计算机需要花10亿年才能算出来的题,可能用量子计算机花不到一年的就能成功解决。 Read moreRead more

16
Mar

最小作用量原理与物理之美4——构建整个世界

有人曾经问过我有没有一个公式可以描述整个世界,我的回答就是,可能会有,这个定律很可能就是最小作用量原理。《可怕的对称》生动地说道:整个宇宙的终极设计可以写到一张餐巾纸上,那一行紧凑的公式可以推导出所有物理定律。而那张餐巾纸上写的,其实就是作用量S的表达式。我们前面看到了S在几何光学中的特例,也看到了他在经典力学中的特例。终极设计的S中一些量为常数,就可以退化成各种各样的特例。在电磁学、热学、相对论、量子力学中,S也有各自的退化形式。而一旦终极设计的S中的所有项我们都弄清楚了,我们也就可以自豪地宣称我们理解宇宙了。可惜我们离这个梦想还差得很多。

当年20世纪初的时候,物理学大厦貌似被全部推翻了,似乎一切旧的理论都被新的理论所取代了。但是,“在如此多的废墟中间,还有什么东西屹立长存呢?最小作用量原理迄今未经触动,人们似乎相信他会比其他原理更久长。事实上,它是更加模糊,更加抽象。”庞加莱(Poincaré)(又被翻译成彭加勒)如是说。他还说道:“作为普遍的原理,最小作用量原理和守恒原理具有极高的价值,他们是在许多物理定律的陈述中寻求共同点时得到的,因此,他们仿佛代表着无数观察的精髓。”确实,很难想象最小作用量原理会被推翻,因为在最小作用量原理之外我们想不到还有什么更普遍而真实的原理了。现代物理已经全部构建在最小作用量原理之上,如果发现最小作用量原理不成立了,那可以说整个物理就没有什么对的东西了。 Read moreRead more

18
Feb

希望大家参加LHC@HOME

LHC(the Large Hadron Collider)中文名称为大型强子对撞机,位于日内瓦附近的欧洲粒子物理研究所(CERN),是所有粒子物理学家翘首以盼的一个项目。原本计划于2007年完工,但由于一些设计失误出现的问题不得不延期,现在还没有竣工。但是它仍然是物理学2008年最值得期待的项目之一,因为LHC的能量足以让我们亲手捕捉到几十年来一直想抓到的“上帝的粒子”——希格斯子,以解释质量的来源,验证标准粒子模型的最重要的预言。同时,LHC也是比较新型的一种加速器,据我了解,以前的加速器加速的往往是电子、反电子,而LHC,像它的名字中表明的一样,加速的是强子(质子就属于强子),新的技术将会带来许多新的发现。不仅仅是验证希格斯子的存在,许许多多的理论将在这里得到验证,许许多多的新发现将在这里诞生。

LHC@HOME主要由欧洲核子研究中心发起,是在家中帮助LHC进行计算的一个项目。大型强子对撞机的稳定运行需要大量的计算。LHC@home 的 SixTrack 程序能够模拟粒子在大型强子对撞机中运行从而研究其稳定性。它计算校检对撞机中运行的高能粒子束的长期稳定性所必需的数据,使项目负责人能够洞察对撞机将来的运行情况。 Read moreRead more

18
Aug

神奇的超导与超流 Superconductor and Superfluid

  低温物理是一个神奇的世界,许多物质到了超低温后都显示出了奇妙的性质。

  超导(Superconductor)应该是大家比较熟悉的,某些金属以及氧化物在低温下会突然展现出超导性质。一旦物体进入了超导态,那么其电阻就突然降为零,而且把所有周围的磁感线都排到物体之外(完全抗磁性),周围的磁通量不发生变化(不会使超导体产生感生电流)。因此,超导体看起来就非常有趣,下面一段视频讲的就是超导。

  视频内容:烟灰缸内的方块是个永久磁体,那个圆片形的东西是个超导体。一开始温度不够低,它显示出正常物质的特性。然后往烟灰缸里倒液氮,给物质降温,圆片就展现出了超导性质。他和磁体总是隔着一段距离(完全抗磁性),而且这个距离保持不变(通过它的磁通量不变)。 Read moreRead more

20
May

大自然的神秘常数——精细结构常数

大约一年前,有一条科学新闻曾经引起媒体的小小轰动,那就是澳大利亚新南威尔斯大学的科学家通过对来自遥远的类星体的光谱数据的分析,发现宇宙早期的精细结构常数可能比现在的小大约一百万分之七左右。这一发现,如果被进一步证实,将对理论物理的前沿研究产生重大的影响。那么到底什么是精细结构常数?为什么它的改变会如此的轰动效应?

  简单的说,精细结构常数是一个纯数,它没有量纲,通常用希腊字母 α 表示。它的数值约等于1/137,更确切的数值是1/ α =137.03599976,或=0.007297352533(不确定量在最后两位上)。事实上,它可以表示成其它几个更为大家熟知的常数的组合:
α=(e^2)/(2ε0*h*c)

  其中 e 是电子的电荷, ε0 是真空介电常数, h 是普朗克常数, c 是真空中的光速。那么这个常数究竟从何而来,为什么被称为精细结构常数?在物理上又有什么意义呢?这得从光谱慢慢说起。
第一个对氢原子光谱作出成功解释的,是尼尔斯·玻尔于1913年发表的氢原子模型。在这个模型中,玻尔大胆地假设,电子只在一些具有特定能量的轨道上绕核作圆周运动,这些特定的能量称为电子的能级。当电子从一个能级跳到另一个能级时,会吸收或发射与能级差相对应的光量子。玻尔从这两个假设出发,成功地解释了氢原子光谱线的分布规律。 Read moreRead more