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第 6 节 量子隧穿现实世界也存在穿模 BUG（第1页）

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在上两章里，我们详细介绍了承载着量子列车的中的两大基础理念轨道：不连续性和不确定性。

这两大理念也正是我们量子的理论体系中最最基础和核心的重要概念，深刻理解这两条理念会非常有助于我们洞悉整个量子世界的底层规律，甚至能窥视到我们这个宇宙背后的真相一角。

比如之前我们对万物不连续性的讨论就彻底更新了我们对整个现实世界本质的认知，让我们认识到我们的现实世界，任何看起来似乎是连续的事物，包括时空和能量，其实都是有不可分割的最小单位的。

我们整个世界的本质其实是「像素化」的游戏一样，都是由最小单位的元素单元拼装而成的。所以，你以为你玩的是3A大作，其实现实游戏的骨子里依然只是一个比较精细的「我的世界」而已。

而我们讨论的不确定性则告诉我们，构成我们世界的各种微观粒子们不仅是可以用代码化来理解的，而且我们对它们的观测结果，都可以用代码执行输出的概率数值来解释。

而所谓不确定性就说明，量子代码执行的输出的数值是完全概率随机，离散分布的。这些量子被不断观测后形成的虚拟粒子按照其概率函数在空间中随机的闪烁着，随着观测的持续逐渐就形成了云雾状的分布图样。

原子中的电子云

这个图景可能和你之前学习感受到的微观世界不太一样吧，你回想下，在我们从中学开始学习的物理或者化学知识里，微观粒子，比如原子什么时候是以什么方式呈现的？

是不是一个个位置固定的小球？彼此之间还通过各种化学键链接在一起？

所以你可能想要反驳一下，气体液体不说了，那固体中的原子们难道不是固定的吗？我们从小学习化学用的就是球棍组成的模型来表示各种化合物，在模型里原子都被各种化学键互相紧密的连接起来，而且这些化学键之间还有键长、键角呢，那这些原子的位置难道不是相对固定的吗？

其实在中学学校里，我们了解的各种化合物里，原子彼此位置保持不动，并通过各种化学键链接成为分子的化学模型只是给中学生们看的，这其实是对物质微观结构一种比较初级的表述而已。

只有在这些初级模型里面才把原子都假设成不动的以方便理解。

但我们现在既然已经搭上了量子列车，我们该看到的原子模型就不应该是这样近似出来的初级模型了，我们应该尝试想象下更真实的微观世界的样子。

认真来讲，我们之前中学化学课上所讲的什么精确的键长、键角严格地说都是测不出的，键长、键角不对应任何可观测物理量，只是为了方便我们理解近似出来的几何量而已。

我们不应该按照这种初级静态模型的样子来想象微观世界的状态，真实的微观世界其实更像是一锅煮沸的调料汤一样，无数的粒子在里面翻滚，快速的浮出又消失，所有的粒子都在做着各种不规则运动，呈现出一种局部混沌但又宏观有序的状态。

在量子力学的框架下，即使体系所处的状态与时间无关，任何粒子也不会有固定位置。

所以「原子的位置」本身就是个不严格的描述。

原子内部本身就很空旷，我们平时所说的原子的位置通常指原子核的位置，但原子核也是有内部结构的，体积也不是无限小。

即使把原子核近似为点电荷，原子核的位置也只有统计意义。对于原子而言，它必然是不断振动闪烁着的，即便是在基态（能量最低的状态），也存在零点能，对应着最低限度的振动。

降低材料温度的确能降低原子的振动幅度，并使其位置慢慢稳定，变成一种凝聚态物质（BEC），但是我们无法把温度降低到绝对零度（因为理论上降低到绝对零度需要无穷大的能量），所以无论再低的温度，原子都还是会有轻微的振动存在，原子的位置就不会是固定不变的。

换一个虚拟世界的表述就是，量子作为输出概率数值的代码，我们可以通过控制各种环境参数来缩小它的概率范围，但是永远无法把它变成一个确定的数值变量。

而我们每一次去观测原子，实际上就赋予了原子一个新的位置和速度。

我们对量子无论怎么观测都无法看待其代码本身，只得得到代码当前的输出结果。因此我们想要比较准确描述某个量子时，我们也只能描述出这段波程序输出结果的概率范围和分布状态是什么样子。

这就像在网络游戏里，某种小怪背后其实都是一段随机生成怪物的程序代码，但是你要得知这段代码生成的怪物的准确位置，我们是没法告诉你的，我们也没法预测下个怪物会刷在哪里，我们只能通过历史上玩家击杀怪物的位置分布结果来描述成一张该怪物的刷新地点的分布图给你，这就是我们对该怪物位置最准确的描述了。

所以量子物理学家们更喜欢用云朵来表示微观粒子。

微观世界里面的每个粒子，都是一朵云。

微观粒子因为其位置不断随机概率都可以想象成不同形状的云。

不仅是原子，所有的微观粒子，包括但不限于电子，正电子，中子，反中子，质子，反质子，中微子，Δ、Λ、Σ、Ξ、Ω粒子，π、η、D、Jψ、Υ、ρ介子……我所列出或者没有列出的粒子们，它们统统都是云朵。

这些五花八门而又稀奇古怪的粒子们，它们虽然有着各种截然不同的属性，但是在不确定性特点上却都是相当一致的，人类迄今为止没有发现任何一个不存在不确定性的基本粒子。

所以任何粒子，当我们把它们都视作虚拟世界的波函数程序时，它们在某种程度上套用的算法模板是一致的。

不同轨道的电子云

对于波函数的不确定性所带来的量子云，有人提出了这么一个思想实验，说我们不能用一个非常小的盒子（想象出来的），把某个粒子装在里面，限制它的活动范围，不让它随机乱跑，将其完全固定起来能做到吗？如果能的话，是不是我们就得到了一个位置确定的粒子呢？

这个想法听起来似乎不错，我们虽然找不到这么小的盒子，但是我们其实可以用能量屏障做到这点，我们可以用能量构筑一道墙去靠近粒子云，尝试限制粒子的位置，不要让它自由发散开来。

你猜猜，这样做会出现什么事情？

又一件令人匪夷所思的事情发生了，粒子云并没有被墙壁挡住，它竟然穿过了屏障！云朵出现在了屏障的另一边。

概率云发生遂穿现象

我们知道，所谓云朵，其实就是粒子不断变化的随机位置组成的，云朵穿过了屏障，其实就是粒子竟然穿过了屏障。这怎么可能呢？

在现实世界我们都知道，物质是没有办法随意穿越的，在正常认知里，一个小球想要穿过哪怕是极薄的纸，也不可能既不付出任何能量，也不弄破这张纸。可是在量子世界里，粒子就是这样诡异地越过了足够薄的障碍。

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