量子物理學中的悖論從何而來?

2024年02月16日22:10:06 科學 1020

當一個人開始熟悉關於世界物理圖景的現代觀念時,可以說他的腦袋就會轉個不停。如果說以前物體的線性大小是一個恆定值,那麼現在長度則取決於速度。如果說以前時間之箭是嚴格向前的,那麼現在時間可能根本不存在。量子糾纏和遠距傳物等各種 "把戲 "也成為可能。

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一個相關的問題隨之而來:如何解釋這一切?說到底,牛頓物理學錯了嗎?

完全沒有!沒有人否定已發現的規律性,只是觀念的不同。牛頓或經典物理學是正確的,但僅限於在其測量框架內。如果我們試圖用標準模型來描述多維空間中發生的事件的投影,那麼就會出現無法解釋的規律性。


空間投影的概念

今天,沒有人能確定有多少個維度。可能有四個維度——長度、寬度、高度和時間。也可能有五個。也可能有很多我們無法意識到的維度。

重要的是要明白,如果不可能研究一個維度的整個體積,那麼談論空間的投影是合適的。

為了理解什麼是空間的投影,我們不妨想像一下地球儀和世界地圖。

地球儀是一個三維體積空間。

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紙上世界地圖是地球體積空間在二維紙上的二維投影。

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我們可以用 x 和 y 坐標軸繪製坐標平面。我們還可以繪製三維立體空間,除了寬度和長度外,還可以添加高度。老式電子遊戲的愛好者可能對此深有體會,因為老式遊戲的圖形是從二維逐漸過渡到三維的。

現在想像一下,你有一個存在於三維空間體積中的三維金字塔。但你只能使用二維平面。您需要在一張平面紙上描繪一個三維物體。

很顯然,等值線是存在的。它用於設計,可以在紙上繪製體積圖。順便說一下,需要注意的是,這並不是沒有問題的。畢竟,您還需要在紙上補充等值線圖紙,以及該物體在平面上的投影圖。現在讓我們回到金字塔上來。它是三維的,而工作表是二維的。為了在紙上正確地表示金字塔,我們需要在必要的坐標平面上進行投影。

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平面上的體積投影

因此,如果我們將金字塔停在一個位置,就會看到它的正面投影,並用一個三角形來表示。我們可以這樣表示金字塔在二維空間中的正面投影是一個三角形。


理解投影如何解釋無法解釋的事情?

現在,讓我們想像一下,把金字塔的投影轉移到二維坐標平面上。我們直視前方——我們看到一個三角形--我們把它畫出來。我們從上面看——我們看到一個有邊的三角形,我們把它畫下來。從下面看——在底部看到一個三角形,也畫出來。利用平面空間的體積投影,我們可以完整地描述一個三維圖形。

我們現在的優勢在於,我們可以將這個金字塔在手中扭轉。我們能夠使用三維空間並意識到它。按照一定的規則在紙上繪製這樣一個金字塔的 "地圖 "是完全可能的,而且不會有任何問題。但設想另一種情況。假設我們只生活在一個平面上!三維空間,因為我們沒有意識到它的存在。除非我們不知道它是什麼。我們不知道如何使用它。

現在,讓我們想像一下,在二維空間中,同樣體積的金字塔我們只能在一個平面投影中看到,甚至不知道它的體積。

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如果只看到一個投影

它將是一個規則的平面三角形。我們可以完整地描述這個三角形,甚至找到一些規律性。但這一切都要等到體積中的金字塔突然繞着它的底座轉了一圈。充其量,我們只能在二維空間中看到一個圓:)

在最壞的情況下,它將是一個不符合我們 "已知平面圖形目錄 "的圖形。

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想像一下投影出來會是什麼樣子。

所發生的一切看起來就像魔鬼。量子物理學就是這樣。

許多科學家,包括愛因斯坦的祖父們,都認為我們的空間有許多維度,而一切難以理解的東西都只是為了把對我們來說不可思議的過程投射到我們的坐標平面上。

我們只生活在三維空間里,最多是四維空間。現在把五維空間的東西投射到這裡,你會發現你會得到一個類似於金字塔在平面上旋轉的圖形。至少,我們甚至不會意識到這是一個金字塔!

原來,線性維度取決於速度,那麼時間旅行是完全可能的。在電影《星際穿越》(Interstellar)中,這一邏輯得到了完美的詮釋。

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