在麥克斯韋電磁學主導的年代,所有的科學家都認為光是壹種電磁波,直到愛因斯坦證明了光電效應產生的原因:因為光的能量是壹份壹份的發出來的,也就是說光是壹顆壹顆的粒子。
這是量子力學的標誌性事件。
麥克斯韋將電磁輻射確定為振蕩電場和磁場分量,在真空中,兩者相互垂直,而且都垂直於傳播方向。
根據量子力學,對應於電磁波電場分量的是光子的能量,對應於磁場分量的是光子的自旋。
根據量子力學的經典解釋,光子在傳播的路徑上是隨機分布的,這種隨機分布概率由波動函數給出。
我們可以舉壹個例子來說明這個情況。
就像壹個人去彩票點買彩票,中獎概率只和自己有關,買10次和買100次中獎的概率會相互影響。
但是這個中獎的概率,和旁邊人買10次和買100次的概率是沒有關系的。
正是因為量子是自己跟自己幹涉的,所以單電子通過雙縫也可以形成明暗的條紋。單光子通過雙縫也可以形成明暗的條紋。
在軍事領域裏面,利用電磁波的幹涉,可以制造壹種非常非常重要的雷達~相控陣雷達。
我國的052C、052d和055導彈驅逐艦都是神盾艦。
從技術體制上實現相控陣雷達,有兩種方法:第1種,4個雷達陣面使用壹個統壹的電磁波發射源。電磁波由行波管饋送到陣面的發射單元上,把電磁波再發射出去。這種相控陣雷達被稱為被動陣。
第2種,4個陣面上的每壹個發射單元,自己產生電磁波,稱為主動相控陣雷達。這種雷達比被動相控陣雷達要更先進,我們國家軍艦上用的四面陣全部都是主動相控陣雷達。
發射可見光的二極管,叫做LED;發射電磁波的二極管,是氮化鎵。原理上這都是壹樣的東西。
氮化鎵這個東西,已經被我國做到商業化的白菜價了。手機無線電充電器上面就是用的氮化鎵。
相控陣雷達之所以能夠探測到空中的目標,是因為每壹個獨立發射單元發出來的電磁波在空中經過幹涉疊加以後,會形成筆狀的波束。這些波束可以通過移相器改變指向,掃描整個空域。
這個道理,用經典的電磁波理論很容易理解。
但是,如果采用量子力學的角度,把電磁波看成是壹個壹個的光子,對相控陣雷達的解釋就要深入的討論。
如果是被動相控陣的話,我們可以認為同壹個發射機裏面發出來的是相同的光子,它們可以自幹涉。
但是,主動相控陣每壹個射頻單元發射出來的是不同的光子。
根據量子力學的經典解釋,不同的光子之間是不能相互幹涉的,所以理論上說,主動相控陣雷達是沒辦法實現的。
這又是怎麽壹回事呢?是不是量子力學的理論有問題呢?
根據量子力學的哥本哈根詮釋,量子是唯像的。
這和我們正常理解的常規世界,是完全不同的世界。
我們的正常 社會 裏,人有身份證,是因為有人這個實在的個體存在。所以不管身份證上的名字如何變化,都不會引起人的變化。
而量子力學世界則完全不壹樣,量子力學的所謂的實體粒子,實際上是由壹堆參數和符號決定的。
這些參數和符號是可以拆分的。
如果量子現象發生在現實宏觀世界裏,我們就可以把壹個人的性別從這個人的身體上拆掉。我們也可以通過改變身份證上的性別,不用做變性手術,就讓這個人的性別發生變化。
這是多麽的不可思議,然而量子力學的世界就是這樣。
再拉回到現實的世界裏,即使把兩個人的身份證改成壹模壹樣,這兩個人也不會壹樣。
再回到量子力學的世界裏,如果把兩個人的身份證改成壹模壹樣,這兩個人就會立刻變得壹模壹樣。
在這種情況下,這兩個人是不可分辨的。
如果這兩個人同時去買彩票,中獎的概率會相互影響(因為無法確定到底是誰買的彩票)。
也就是說,參數完全相同的壹大堆基本粒子,是無法分辨的。在測量上可以視為同壹個粒子。
所以,相控陣雷達發射出來的不同光子,只要具有相同的參數,彼此是不可分辨的,它們可以進行幾率波疊加。
這就是主動相控陣雷達能夠實現的量子力學解釋。
量子力學深刻的改變了人類對世界本質的認識。
愛因斯坦認為:我們能夠看見月亮,是因為月亮先於觀察而存在。
玻爾認為:月亮之所以存在,是因為我們進行了壹個預期觀測。
現在所有的實驗證據,都指向玻兒是對的。