全同粒子

之前,在分享清华大学吴国盛教授的《什么是科学》系列讲座的时候,讲到自然的数学化实质上是均质化的过程,导致我们这个多姿多彩的世界蜕变成单调的、均一的数字世界。

人们或许觉得,数学导致的均质化只是概念上的,不会发生在现实世界。但是当物理学进入量子力学时代,全同粒子的发现告诉我们,看起来多姿多彩的世界可能只是表象。

全同粒子的发现是个机缘巧合,1924年,印度物理学家玻色有一次在大学课堂上给学生讲紫外灾难问题的时候,他原本是打算向学生们展示理论预测与实验结果不符,但是在推导的过程中,他把不同的光子当作完全相同的粒子对待了,推出了和实验完全相符的结果。全同粒子的概念由此产生。爱因斯坦最先赞同玻色的发现,并且预言了玻色 爱因斯坦凝聚现象,这一预言在1995年被实验证实。光子的全同特性也在1987年被实验证实。

全同粒子是指同一类型的基本粒子,比如光子或者电子,他们每个个体之间是完全相同的。在宏观世界中,无论如何都找不到两个完全相同的东西,我们说相同其实只是一种近似,我们相信,每一粒沙子都是独一无二的。

但在量子世界里,相同是绝对的相同,全同粒子是无法通过任何实验手段区分的粒子。也就是说,人们无法通过观察和经验区分两个光子。

微观粒子的绝对相同使科学家感到困惑,因为绝对相同超出了人们的相信,甚至有人提出宇宙中只有一个光子,只是因为它可以同时出现在任何地方。这种解释不但没有解决问题,反而引发了更多的疑问。时至今日,科学家们也无法解释全同粒子的成因,也不清楚这种绝对相同会产生什么影响。

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