理论教育 量子与直观世界:物质世界源起何处?

量子与直观世界:物质世界源起何处?

时间:2023-11-18 理论教育 版权反馈
【摘要】:不过,一个数字化的世界不等于一个粒子化的世界。以一个粒子的产生或者湮灭来代表某种信号的0或1的状态,只是一种方便我们用直观世界的概念来了解量子现象的描述,而不是真正有一个实体的粒子代表着这个信号。因此,虽然光子与电子的互动是量子化的,但这并不表示这种量子化的能量就是一个具体的“粒子”。不过显然,神经的量子化信号不是用某种特定的“粒子”来传递的。

量子与直观世界:物质世界源起何处?

所以从某种意义上说,微观世界就像是一个数字化的世界,各种基本的运作都以0和1的方式进行。不过,一个数字化的世界不等于一个粒子化的世界。以一个粒子的产生或者湮灭来代表某种信号的0或1的状态,只是一种方便我们用直观世界的概念来了解量子现象的描述,而不是真正有一个实体的粒子代表着这个信号。在前文中,我们已经清楚地说明,量子化的辐射能量(光子)并不是一个像质点一样的微粒,而是一个比原子大几十万倍的波包。因此,虽然光子与电子的互动是量子化的,但这并不表示这种量子化的能量就是一个具体的“粒子”。这里,我们还可以用自然世界里面另外一个有趣的例子来说明。

图6.7 动作电位(www.daowen.com)

在人体里,远程的神经信号是以数字化的形式传递的。在神经细胞里向下游传递的信号叫作“动作电位”,它的传导方式遵从“整或零原理”。

“整或零原理”不但出现在量子世界里,也出现在人类的神经系统的运作里。我们知道人类神经系统的运作依靠神经细胞里面的电信号,这种电信号可以通过神经纤维(称为“轴突”)向下游传导。这个电信号称为“动作电位”(action potential),它的产生具有“整或零”的特性(见图6.7)。当对轴突的刺激低于阈值时,神经元不会产生动作电位。但是当刺激高于阈值时,神经纤维将产生一个完整的动作电位,它有恒定的电位高度(约100 mV)和宽度(约1 ms)。因此,在人体里,远程的神经信号是以数字化的形式传递的。也就是说,神经的远程信号也是量子化的。可见自然界有很多现象是以量子的形式来进行。不过显然,神经的量子化信号不是用某种特定的“粒子”来传递的。

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