元宇宙:好些量子力学的科普中，存在哪些误解？

北京时间10月4日下午，瑞典皇家科学院决定将2022年的诺贝尔物理学奖授予法国科学家AlainAspect、美国科学家JohnF.Clauser和奥地利科学家AntonZeilinger，以表彰他们“用纠缠光子进行的实验，建立了贝尔不等式的违反，并开创了量子信息科学”。

——量子力学中那些“奇特”的现象，其实在宏观世界中也一样存在

文/陈思进

之前，我曾在专栏文《量子力学并没有否定客观世界》中提及：不确定性原理听上去神奇，其实倒也并不神秘，它是某些成对出现的物理量，术语叫共轭物理量的逻辑必然。不确定性原理是普适的原理。不管在微观世界还是宏观世界，不确定性原理具有明确的数学法则，即质量越大和体积越大的物体，其不确定性就越小。所以，任何肉眼可见的物体，它的不确定性可小到完全可以忽略不计。

前三星电子总裁兼首席战略官Young Sohn担任Astra Protocol顾问:2月24日消息，DeFi 合规提供商 Astra Protocol 已任命前三星电子总裁兼首席战略官 Young Sohn 担任其顾问委员会成员，将指导 Astra Protocol 专注于现实世界的应用。[2023/2/24 12:27:58]

文章发表之后，收到好些读者的询问，说他们看到的一些科普文章，都把量子力学描述得非常得“神奇”，甚至感觉“超自然”了。那我就再详谈一下吧。

最近，牛津大学量子信息学教授VlaskoVidral表示，“很少有现代物理学认同牛顿物理学可以和量子物理学相提并论，即便在日常生活的‘真实世界’中，也是如此。牛顿的理论只是一种近似，在任何尺度上世界都是量子的。”

Patrick Hansen：监管部门很快就会要求中心化的加密货币公司以防止破产的方式将客户资金保存在独立的账户中:金色财经报道，Circle欧盟政策负责人Patrick Hansen在社交媒体上称，用不了多久，监管部门就会要求中心化的加密货币公司以防止破产的方式将客户资金保存在独立的账户中，禁止将其用于公司自己的账户，这将成为全球标准。很快就会随着MiCA来到欧盟。[2022/11/9 7:23:15]

也就是说，量子力学非但适合量子世界，也适合“真实世界”——我们可见的宏观世界。大多数人都以为量子的那些不可思议的特性，如叠加态、量子纠缠、不确定性原理等，只是量子世界的特性，在宏观世界中并不适用。其实这是一个误解。所有量子理论中的数学公式，都可以用在宏观世界之中；所有适用于微观粒子的概率计算，也都可以计算宏观物体。

毕马威中国张庆杰：“元宇宙”是一个市场机会，企业应保持理性看待:金色财经报道，9月5日，2022年中国国际服务贸易交易会在北京举行，毕马威中国数字化赋能咨询服务主管合伙人张庆杰表示，目前“元宇宙”正处于绝对高峰，甚至具有“泡沫期”的过程中，需保持理性看待。元宇宙是一个市场机会，但企业不应该盲目跟着，要保持理性看待。一方面，不要盲从元宇宙；另一方面，也不要刻意反对。元宇宙不是单一的技术，而是多种技术的组合，与大众生活密切相关。元宇宙相对成熟化的应用场景在游戏、社交等领域，未来一定会越来越广泛。在数字经济发展的今天，创新技术的发展是日新月异的，以元宇宙为代表，在未来必将成为一个为整个社会进步提供赋能的趋势。[2022/9/5 13:08:20]

举一个实例。如果我们将电子的位置测准到1毫米范围，那么它速度的不确定性将高达1米/秒；如果将原子的位置测准到约10的-10次方米这一范围的话，它的速度的不确定性，将高达1万米/秒。

北京六部门：加大对科技创新企业全链条金融支持力度:7月3日消息，近日，北京市金融监管局，北京市科委、中关村管委会，中国人民银行营业管理部，北京银保监局，北京证监局，海淀区政府联合印发《关于对科技创新企业给予全链条金融支持的若干措施》（以下简称《若干措施》），加大对科技创新企业的创业投资、银行信贷、上市融资等多方式全链条金融支持力度，打造多层次、专业化、特色化的科技金融体系，有力支撑北京国际科技创新中心建设。（央视新闻）[2022/7/3 1:47:28]

但是，如果我们测量的是一个重1公斤的铅球，假如我们把它的飞行速度测量至小数点后24位这个精准度，即便在这个精准度之下，它的位置不确定性的范围，也不会超过一个原子的大小。

再比如量子隧穿效应，质量越小，概率就越大。这个概率的数学计算，同样可以用来计算一个棒球打到墙上，有多少几率穿墙而过，只不过计算结果的概率可小到宇宙末日的到来，才有可能发生一次。

然而，注意到，在一些科普文章中，把不确定性定义为只存在于微观世界。这是一个误解。事实上，在真实的物理理论中，量子的不确定性原理，其实并不只适用于微观粒子，宏观物体也同样符合不确定性原理。而且可以定性地描述为一个公式，也就是：“一个物体的位置不确定性X它的速度不确定性<普朗克常数/物体的质量”。这是一个普世的公式，它表示物体的质量越小，那么不确定的范围就越大；反之，则越小。

换句话来说，不确定性原理是普世原理。只是体积越大，不确定就越小。于是，任何人眼可见的物体的不确定性，已小到可以忽略不计了。不过，归根到底，世界就是不确定的。

同时，叠加态也一样，物理学家李淼先生曾说过：“任何物体可以处于不同位置的叠加态中”。不过，为何在宏观经典世界中，迄今为止，似乎并没有发现像人体、猫等也具有叠加态呢？这也恰恰是量子力学最大的特点，即，一旦一个系统足够大，那么它的表现至少“看”上去，与经典物理系统就一样了。

比如，著名的“薛定谔的猫”，尽管从量子力学的理论去观察，这个“猫”可以同时处于生和死的叠加态。但是，由于“猫”太“大”了，“猫”通过呼吸和空气发生了作用，即“猫”和外界接触了。因此，波函数早就坍缩了，即“猫”肯定会要么生，要么死，不会同时处于生和死的叠加态。

20世纪初，由于相对论和量子力学的出现，人们普遍认为机械宇宙观已经破产，甚至认为相对论和量子力学“推翻了”牛顿力学。

其实不然。

众所周知，量子力学的发展是从因应19世纪末物理学上空的二朵乌云中的“黑体辐射”问题开始的；而反映经典物理学中的另一基础性矛盾——另一朵乌云“以太漂移”，则被爱因斯坦的狭义相对论和广义相对论所诠释，揭示了空间、时间、物质和运动之间的内在联系，带来了整个物理学和人类认知领域的革命。

我还注意到，在很多科普相对论的文章中，也常有个误解，就是说相对论只适合高速、大质量物体。而相对论在低速、小质量物体时，也是对的。就像在宏观世界观察不到量子现象一样，相对论在低速、小质量物体时，也只是不明显而已。

其实，爱因斯坦是在洛伦兹变换的基础上，建立起来的一种新的时空观，后来被称为“相对论时空观”。在爱因斯坦新的时空观里，原有的力学定律都需要被修正，而牛顿定律不过是低速度空间里的特例。

这就是为何亚里士多德的落体理论和托勒密的地心说早已成为历史，而牛顿力学至今仍然是全世界所有物理学的基础教程的原因所在，并且依然是现实生活中使用最广泛的物理学知识。

显然，不仅相对论和量子力学绝对没有推翻牛顿力学，而且它们是以全新的方式，更精确和更清晰地再次证明了牛顿力学的科学性，因为，低速空间是我们的常态。

最后，用李淼先生的一句话作为此文的结语：“量子力学的世界是一个神奇的世界。这个世界再神奇，也不会神奇到没有意识就不存在。它只是告诉我们，一个粒子可以处于不同位置的叠加态中，甚至任何物体都可以处于不同位置的叠加态中。”

2022年10月05日写于多伦多安大略湖畔

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