物理科普:「量子力學」的本質,一篇文章讓您輕鬆讀懂什麽是「量子力學」
發布時間:2021-01-27
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物理科普:「量子力學」的本質,一篇文章讓您輕鬆讀懂什麽是「量子力學」

宇宙到底是由什麽(me) 構成的呢?

  • 牛頓對宇宙構成的認知是它由空間、時間和粒子構成。
  • 法拉第和麥克斯韋的時代,宇宙認知體係裏多了一個 「場」的概念,主要是指電磁場,世界不再隻是由空間中的粒子組成,而是由空間中的粒子和場組成。
  • 愛因斯坦·狹義相對論的時代,空間和時間合並到一起,宇宙由時空引力場,電磁力場和粒子構成。
  • 愛因斯坦·廣義相對論時代,我們對宇宙由什麽構成的觀念被再次刷新,時空和場是一回事,宇宙的構成就隻剩下兩個東西——場和粒子。

探索宇宙的曆程還遠遠沒有結束,因為(wei) 物理學中還有另外一個(ge) “怪獸(shou) ”,它就是今天本文的主人公——「量子力學」。

「量子力學」的本質,一篇文章讓您輕鬆讀懂什麽是「量子力學」

 

廣義(yi) 相對論與(yu) 量子力學,二者有著很深的內(nei) 部矛盾,20世紀物理學的兩(liang) 大支柱,廣義(yi) 相對論是一塊堅實的寶石,它由愛因斯坦一個(ge) 人綜合過往的理論構思而成,是關(guan) 於(yu) 引力、空間和時間,簡潔而自洽的理論。 「量子力學」則恰恰相反,是經過幾十年漫長的醞釀,有許多科學家做出貢獻,進行了大量的實驗才最終形成的。「量子力學」在實驗上取得了非常大的成功,帶來了改變我們(men) 日常生活的應用,比如您此時此刻正在使用的手機,但其實它已經誕生了一個(ge) 多世紀,還仍然因為(wei) 它晦澀難懂,而不被大眾(zhong) 理解。

關(guan) 於(yu) 量子力學的科普文章有很多,我在這篇文章從(cong) 3個(ge) 方麵盡量給您簡單的講清楚什麽(me) 是「量子力學」,這3個(ge) 方麵分別是:分立性不確定性關(guan) 聯性

「量子力學」的本質,一篇文章讓您輕鬆讀懂什麽是「量子力學」

 

【量子力學第1塊基石·分立性】

「量子力學」誕生於(yu) 1900年,一名叫做馬克斯·普朗克的科學家當時嚐試計算熱平衡態的箱子裏電磁波的數量,實驗結果是出來了,但是他要設計出一個(ge) 公式來符合這個(ge) 實驗結果,普朗克最終使用了一個(ge) 看似沒有多大意義(yi) 的小技巧,他假設電場的能量是以量子分配的,也就是“一小包的能量”,他假定每包能量的大小取決(jue) 於(yu) 電磁波的頻率,這個(ge) 頻率也就是光的顏色,對於(yu) 頻率V,V的波,每個(ge) 量子或者是每個(ge) 波包的能量是「E=H×V」,這個(ge) 公式就是「量子力學」的起點。H·是一個(ge) 新的常數,今天我們(men) 稱之為(wei) 普朗克常數,它決(jue) 定了頻率為(wei) V的輻射每包有多少能量,常數H決(jue) 定了一切量子現象的最小尺度。

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圖解:量子力學的起點·「E=H×V」

能量是一包一包的這個(ge) 觀點和當時人們(men) 的認知截然不同,當時大家都認為(wei) 能量會(hui) 以連續的方式變化,把能量看做一份一份的似乎是毫無道理,對普朗克來說把能量看作有限大小的波包隻是一個(ge) 數學上的技巧,碰巧了對計算有用,也就是可以重現實驗室的測量結果,至於(yu) 原因他卻完全不明白。

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5年之後是愛因斯坦理解了普朗克的能量包實際上真的存在,這是他在1905年寄給《物理學年鑒》的三篇文章中,第三篇的主題就是量子理論真正的誕生之日。愛因斯坦說光確實是由小的顆粒,也就是光的粒子組成的,他研究了一個(ge) 已經被觀測過的現象,也就是光電效應,有些物質在被光照射的時候,會(hui) 產(chan) 生微弱的電流,也就是說有光照射它們(men) 的時候會(hui) 發射出電子,因為(wei) 光具有能量,它的能量讓電子從(cong) 原子裏跳出去,是它推了電子一把,但是有一點很奇怪,按理說,如果光的強度很小,也就是光線很弱,那麽(me) 電子跳躍的現象就不會(hui) 發生,如果光的強度夠大,也就是光非常的亮,那麽(me) 現象就會(hui) 發生,這個(ge) 聽起來合情合理,可事實上卻不是這樣

觀測的結果是——隻有當光的頻率很高的時候,現象才會(hui) 出現,如果頻率很低就不會(hui) ,也就是說現象是否發生取決(jue) 於(yu) 光的顏色,也就是頻率,而不是它的強度,用通常的物理學沒有辦法解釋這一點。

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愛因斯坦使用了普朗克“能量包”的概念,起初能量的大小取決(jue) 於(yu) 頻率,他還意識到如果這些能量包真的存在,就可以對光電效應做出解釋,你可以想象一下,光以能量微粒的形式出現,如果擊中電子的單一微粒具有很大的能量,電子就會(hui) 被推出原子,根據普朗克的假說——如果每個(ge) 微粒的能量由頻率決(jue) 定,那麽(me) 隻有頻率足夠高的時候現象才會(hui) 出現,也就是說需要單個(ge) 微粒的能量夠大,而不是總的能量。

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舉(ju) 例說明:

就好像下冰雹的時候,您的車是不是會(hui) 被砸出凹痕,這不取決(jue) 於(yu) 冰雹的總量,而是由單個(ge) 冰雹的大小決(jue) 定的,也許會(hui) 有很多冰雹,但如果所有的冰雹都很小,也不會(hui) 對車造成什麽(me) 損壞。

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同樣,即使光的總強度很強,可是單個(ge) 光微粒太小,也就是光的頻率太低的話,電子也不會(hui) 從(cong) 原子中被激發出來,這就解釋了為(wei) 什麽(me) 是顏色,而不是強度決(jue) 定了光電效應是否會(hui) 發生,隻要有一個(ge) 人想通了這一點其他人理解起來就不難了,難的是第1個(ge) 想通這點的人,今天我們(men) 把這些能量包稱為(wei) 光子,它是光的微粒、也是光的量子。

愛因斯坦他在文章中這樣說——如果我們(men) 假設光的能量在空間中的分布是不連續的,我們(men) 就能更好地理解關(guan) 於(yu) 黑體(ti) 輻射、熒光、紫外線產(chan) 生陰極射線以及其他一些有關(guan) 光的產(chan) 生和轉化的現象。根據這個(ge) 假說,從(cong) 點光源發射出的一束光線的能量,並不會(hui) 在越來越廣的空間中連續分布,而是由有限數目的能量量子組成,它們(men) 在空間中呈點狀的分布作為(wei) 能量發射和吸收的最小單元,能量的量子不可以再分。

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愛因斯坦在1905年完成了關(guan) 於(yu) 普朗克運動的工作,他先是找到了原子假說的實例,也就是物質的分立結構,接著他把這個(ge) 假說運用到了光學,光也一定存在分立結構,一開始愛因斯坦提出的這個(ge) 觀念被他的同事視為(wei) 年輕人的任性,人人都稱讚他的相對論,但認為(wei) 光子的概念太古怪了,那時候的科學家才剛被說服,光是電磁場中的波,它怎麽(me) 可能是由微粒構成的呢?當時最傑出的物理學家們(men) 給德國政府寫(xie) 信推薦愛因斯坦,認為(wei) 他應該在柏林獲得教授的席位,信中寫(xie) 到這個(ge) 年輕人極其的睿智,即便他犯了點錯誤,比如說光子的概念,也是可以被原諒的,可是幾年之後還是這些同事為(wei) 他頒發了諾貝爾獎,恰恰是因為(wei) 他們(men) 理解了光子的存在。

可是更大的問題接踵而來了,要理解光為(wei) 什麽(me) 同時是電磁波同時又是一群光子,就需要構建全部的量子力學,但這個(ge) 理論的第1塊基石已經被奠定了,在一切物體(ti) 包括光之中存在著基本的分立性,不過接下來的工作基本上就不屬於(yu) 愛因斯坦了,下一個(ge) 要登場的人叫做尼爾斯·波爾。

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波爾在20世紀的前10年他引領了理論的發展,波爾研究了在世紀之交的時候,人們(men) 開始探索的原子結構,實驗表明了原子就像一個(ge) 小型的太陽係,質量都集中在中心很重的原子核上,很輕的電子圍繞著原子核運動,就像行星圍繞著太陽轉,然而這個(ge) 模型卻沒有辦法解釋一個(ge) 簡單的事實——物質為(wei) 什麽(me) 會(hui) 有顏色呢?麵粉是白色的,菜是綠色的,這是為(wei) 什麽(me) 呢?

研究原子發射的光,很明顯物質都有特定的顏色,因為(wei) 顏色是光的頻率,光由物質以特定的頻率發射,描繪特定物質頻率的集合,被稱為(wei) 這種物質的光譜,光譜就是不同顏色光線的集合,那時候很多實驗研究了許多物質的光譜並進行分類,但是沒有人能解釋為(wei) 什麽(me) 不同物質會(hui) 有這樣或者那樣的光譜,是什麽(me) 決(jue) 定了這些線條的顏色呢?

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顏色被光的頻率所決(jue) 定,也就是發射光的電荷的振動所決(jue) 定,這些電荷就是原子內(nei) 運動的電子,所以通過研究光譜,可以搞清楚電子是怎樣繞著原子核運動的,反過來,通過計算讓原子核運動電子的頻率,也可以預言每種原子的光譜,這個(ge) 說起來簡單,但是操作上卻沒有人能做得到,實際上整件事情看起來都非常的不可思議,因為(wei) 在牛頓的力學中,電子能夠以任何速度繞著原子核運動,因此可以發射任何頻率的光,那為(wei) 什麽(me) 原子發射的光不包含所有的顏色,而隻包括特定的幾種顏色呢?為(wei) 什麽(me) 原子的光譜不是一個(ge) 連續譜而是幾條分離的線呢?用專(zhuan) 業(ye) 術語來說,為(wei) 什麽(me) 是分立的而不是連續的。

幾十年來物理學家似乎都沒有辦法找到答案,波爾通過一個(ge) 奇怪的假設找到了一種解決(jue) 辦法,他發現如果假定原子內(nei) 電子的能量隻能是特定的量子化的值,就好像普朗克和愛因斯坦假設光量子的能量是特定的值一樣,那麽(me) 一切就可以解釋得通了,關(guan) 鍵之處又是分立性,但是這次不是光的能量,而是原子中電子的能量,不止光子有分立性,電子也有分立性。

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【量子力學第第2塊基石·不確定性】

波爾假設電子隻能在離原子核特定的距離處存在,也就是說隻能在特定的軌道上,這個(ge) 尺度由普朗克常數·H決(jue) 定,電子可以在能量允許的情況下,從(cong) 一個(ge) 軌道跳躍到另外一個(ge) 軌道,這個(ge) 就是著名的量子躍遷,電子在這些軌道運動的頻率決(jue) 定了發出的光的頻率,因為(wei) 電子隻能處於(yu) 特定的軌道,所以隻能發射特定頻率的光。通過這些假設,波爾計算了所有原子的光譜,甚至準確預言了還沒有被觀測到的光譜。但是為(wei) 什麽(me) 隻能有特定的軌道呢?說電子躍遷又是什麽(me) 意思呢!

在波爾的哥本哈根研究所,人們(men) 嚐試給原子世界中這種古怪的行為(wei) 造成的混亂(luan) 賦予秩序,並建立一個(ge) 邏輯嚴(yan) 密的理論,研究進行得非常的艱難,曠日持久,直到一個(ge) 年輕的德國人找到了關(guan) 鍵的那把鑰匙,他叫做維爾納·海森堡。海森堡思考——電子憑什麽(me) 一定要按照我們(men) 能理解的方式來運行呢?如果電子就是可以消失,又突然出現,又怎麽(me) 樣呢?再進一步,如果電子隻有在互相進行作用的時候與(yu) 其他物體(ti) 碰撞的時候它才出現呢?如果說在兩(liang) 次相互作用之間,電子並沒有確定的位置呢?根據這個(ge) 設想,海森堡立刻投入的計算,他得到了一個(ge) 讓人不安的理論,在對粒子運動進行基本描述的時候,並不能描述粒子在任意時刻的位置,而隻能描述它在某些瞬間的位置,也就是粒子和其他物質相互作用的那些瞬間,這就是——量子力學的第2塊基石

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圖解:電子躍遷

最難理解的要點是事物之間相關(guan) 性的那一麵,電子不是始終存在,而是在發生互相作用的時候才存在,也就是和其他東(dong) 西碰撞的時候才會(hui) 出現,電子就是從(cong) 一個(ge) 相互作用到另一個(ge) 相互作用躍遷的集合,當沒有東(dong) 西擾動它的時候,電子不存在於(yu) 任何地方,海森堡寫(xie) 出了一個(ge) 數字的表格,也就是——「矩陣」。但是他的矩陣在計算的時候比較難用,後來又是一個(ge) 20多歲的年輕人接棒了海森堡的工作,並建立了完整的形式和數學框架,這個(ge) 人就是保羅·狄拉克,他被認為(wei) 是繼愛因斯坦之後20世紀最偉(wei) 大的物理學家。

在狄拉克的手裏,「量子力學」從(cong) 雜亂(luan) 無章的靈感、不完整的計算、模糊而形而上學的討論、奏效卻讓人費解的方程變成了一個(ge) 完美的體(ti) 係,既優(you) 雅又簡潔。狄拉克的「量子力學」是所有工程師、化學家、分子生物學家都要使用的數學理論,其中的每個(ge) 物體(ti) 都由抽象的空間來定義(yi) ,除了那些不變量,比如質量之外,物體(ti) 自身再沒有其他的屬性,位置啊、速度啊、角動量等等,隻在碰撞,也就是和另一個(ge) 物體(ti) 相互作用的時候才具有實在性,就像海森堡意識到的那樣,不隻是位置無法被定義(yi) ,在兩(liang) 次相互作用之間物體(ti) 的任何變量都沒有辦法被定義(yi) ,這就是「量子力學」的第2個(ge) 方麵——「相關(guan) 性」

但是,物理學和其他學科特別大的一個(ge) 區別就是它不光是要能解釋事情,還必須要能預測事情,「量子力學」也提供了一個(ge) 重要的信息,它告訴我們(men) 在下一次相互作用中我們(men) 會(hui) 觀測到什麽(me) 樣的數值,但是它不能給出一個(ge) 確定的結論,而是隻能以概率的形式,這就來到了「量子力學」的第3個(ge) 特點——「不確定性」

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【第3塊基石·不確定性】

我們(men) 沒辦法確切地知道電子會(hui) 在哪裏出現,但是我們(men) 可以計算它出現在這裏或者那裏的概率,這個(ge) 和牛頓理論相比是一個(ge) 根本性的變化,在牛頓的理論中,原則上我們(men) 可以準確地預測未來,而「量子力學」把概率帶入了事物演化的核心,這種不確定性是「量子力學」的第3塊基石。人們(men) 發現概率在原子層麵起作用,如果我們(men) 擁有關(guan) 於(yu) 初始數據的充分信息,牛頓的物理學就可以對未來進行精準的預測,可是在「量子力學」裏即使我們(men) 能夠進行計算,也隻能計算出概率來,這種微小尺度上決(jue) 定論的缺失是大自然的本質,電子不是由大自然決(jue) 定向左還是向右運動,它是隨機的,

宏觀世界表麵上的決(jue) 定論隻是由於(yu) 微觀世界的隨機性基本上會(hui) 相互抵消,隻剩下微小的漲落,我們(men) 在日常生活中根本沒辦法察覺到這個(ge) 漲落,狄拉克的「量子力學」允許我們(men) 做兩(liang) 件事情:

  • 第1件事:計算一個物理量可以取哪些值,當一個物體和其他物體相互作用的時候,能計算出的是在相互過程中物理量可以取得值。
  • 第2件事:計算一個物理量的某個值,在下一次相互作用中出現的概率,但是在兩次相互作用之間發生了什麽事,理論並沒有提及,它根本不存在。

我們(men) 可以把某個(ge) 位置找到電子或其他任何粒子的概率想象成一塊彌散的雲(yun) ,這個(ge) 雲(yun) 越厚發現粒子的概率就越大,有那麽(me) 幾十年時間對物理學家來說就好像天天都是過節一樣,每一個(ge) 新問題都可以通過「量子力學」的方程得到答案,而且答案總是正確的。

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舉(ju) 例說明:

在19世紀到20世紀之間,化學家們(men) 明白了所有不同的物質都是由少量簡單的元素結合到一起形成的,比如說氫、氦、氧等等一直到鈾,門捷列夫把這些元素按照順序排列在著名的元素周期表裏,這張表總結了組成世界的元素的屬性,可是為(wei) 什麽(me) 是這些特定的元素呢?為(wei) 什麽(me) 每種元素都有特定的屬性而不是其他的屬性呢?為(wei) 什麽(me) 這些屬性會(hui) 發生周期性的變化呢?而當人們(men) 引入「量子力學」方程的時候,就發現這個(ge) 方程有一定的數量解,這些解正好對應著氫、氦、氧和其他所有的元素,門捷列夫的元素周期表就是這些解的排列,每一種元素的屬性都是方程的一個(ge) 具體(ti) 的解,「量子力學」完美破解了元素周期表結構的奧秘,化學這個(ge) 學科無窮的複雜性僅(jin) 僅(jin) 用一個(ge) 方程的解就給出了全部的解釋。

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將「量子力學」表述為(wei) 一個(ge) 方程之後不久,狄拉克就意識到這個(ge) 理論可以直接應用到「」,比如電子場並且可以符合狹義(yi) 相對論,狄拉克發現對自然的描述可以進一步深度地簡化,將牛頓使用的粒子概念和法拉第引入的場的概念融合到一起,在兩(liang) 次相互作用之間伴隨著電子的概率雲(yun) ,其實真的很像一個(ge) 場。而法拉第和麥克斯韋的場正好反過來是由粒子構成的,不隻是粒子像場一樣彌漫在空間裏,場也像粒子一樣進行相互的作用,這就好像隻有場沒有電磁現象出現的時候,我們(men) 觀察不到場的存在,但你不能說場就不是實在的,到此被法拉第和麥克斯韋分割開來的場和粒子的概念最終在「量子力學」中融合在一起。

狄拉克的方程決(jue) 定了一個(ge) 物理量可以取得值,把它應用到法拉第粒線的能量,就會(hui) 得出這個(ge) 能量隻能取特定的值,不能取其他的值,由於(yu) 電磁場的能量隻能取特定的值,場就像是能量包的集合,這個(ge) 恰好就是普朗克和愛因斯坦在30年前引入的能量量子化,一個(ge) 理論的圓環就此閉合。

狄拉克寫(xie) 出的理論方程,解釋了普朗克和愛因斯坦憑直覺領悟到的“光的分立本性”,電子和其他構成世界的粒子都是場的量子化,與(yu) 狹義(yi) 相對論相容的量子理論一般被稱為(wei) 量子場論,它構成了今天粒子物理學的基礎,不過量子場論和廣義(yi) 相對論的相容性到今天還沒有被解決(jue) 。

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【量子場理論】

量子場論的標準模型完成於(yu) 20世紀70年代,大概有15種場,它們(men) 的量子是基本的粒子,也就是電子、誇克、介子、中子、希格斯粒子等等,它們(men) 可以描述電磁力和其他在原子核尺度運作的力,這個(ge) 標準模型最終沒有被很認真地看待,它有點像是東(dong) 拚西湊出來的一個(ge) 東(dong) 西,和廣義(yi) 相對論和麥克斯韋方程或者狄拉克方程的優(you) 雅簡潔截然不同,不過讓人意外的是,它的所有預測都被證實了,到此為(wei) 止關(guan) 於(yu) 宇宙由什麽(me) 構成,我們(men) 的觀念再一次被刷新——宇宙並不是由粒子和場組成的,而是隻有一種實體(ti) 「量子場」。再也沒有隨著時間流逝在空間中運動的粒子了,存在的隻有量量子場,所有的粒子就是量子場中發生的事件,這些事件發生在時空之中。

舉(ju) 例說明:

假設你的桌子上的放著很多的線,這個(ge) 線你就可以理解為(wei) 場,現在你不要在上方俯視這個(ge) 桌子,而是在桌子正好的正側(ce) 麵看這個(ge) 桌麵,因為(wei) 線很細,你認為(wei) 桌麵上什麽(me) 都沒有,假如有人稍微動了一下這些線,讓這個(ge) 線稍微鼓起了一係列的小包,因為(wei) 我們(men) 看不到那些線,而隻能看到鼓起來的小包,我們(men) 就認為(wei) 桌子上有很多的“粒子”,這個(ge) 粒子是打著引號的,而桌子上根本就沒有什麽(me) 粒子,我們(men) 看到的隻是這些線發生了一係列變化的事件。

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【總結「量子力學」告訴我們的事情!】

第1件事情:自然界中存在著基本的「分立性」,物質和光的分立性是量子理論的核心。

舉(ju) 例說明:

假設我們(men) 對一個(ge) 物理係統進行測量,比如測量鍾擺的振幅,發現它有一個(ge) 特定的值,比如在5厘米和6厘米之間,在量子力學之前,我們(men) 可以說由於(yu) 在5厘米和6厘米之間存在無窮多的取值,比如5.01、5.001、5.000001,因此鍾擺可以有無窮多的運動狀態,然而量子力學告訴我們(men) 在5厘米和6厘米之間振幅存在“有限多”的可能取值,因此關(guan) 於(yu) 鍾擺我們(men) 所遺漏的信息是有限的。

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第2件事情:「不確定性」。

電子一個(ge)  場的量子或者一個(ge) 光子並不會(hui) 在空間中遵循某一條確定的軌跡,而是在和其他東(dong) 西碰撞的時候出現在特定的位置和時間,它會(hui) 在何時何地出現我們(men) 沒辦法確切地知道。量子力學把不確定性引入了世界的核心,未來真的是沒辦法準確預測,在量子力學所描述的世界裏,事物始終都在隨機變化,所有變量都在持續地起伏。

第3件事情:量子力學關(guan) 於(yu) 世界的第3個(ge) 發現是最深奧和難懂的,這個(ge) 理論並沒有描述事物本來是什麽(me) 樣子的,它描述的是事物如何出現和事物之間如何相互作用,它沒有描述哪裏會(hui) 有一個(ge) 粒子,而是描述了粒子如何向其他的粒子展示自己。

亞(ya) 裏士多德曾經說我們(men) 隻能感知到相對的速度,比如在一艘船上,我們(men) 要談的就是相對於(yu) 船的速度,在岸上的就是相對於(yu) 地麵的速度,而量子力學以一種更狠的方式擴展了這個(ge) 相對性,一個(ge) 物體(ti) 的所有變量都相對於(yu) 其他物體(ti) 而存在,自然隻是在相互作用中描繪世界,這裏並不是說某個(ge) 事物進入了某種關(guan) 聯,而是說關(guan) 聯就是事物的本質。量子力學的世界不是物體(ti) 的世界,它是實踐的世界。

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舉(ju) 例說明:假設別人給你介紹了一個(ge) 相親(qin) 的對象

  • 你想知道她長得好看不好看!介紹人說:“這個我不知道,但是每個身邊的人看到她都會停下腳步再回頭看一眼。”
  • 你想知道她的收入高不高!介紹人說:“這個我也不知道,但是據說她經常出入高級的場所。”
  • 你想知道她言語談吐怎麽樣!介紹人說:“還是不知道,但是她家裏的書櫃擺滿了書。”

經過這些介紹,你猜測對方是一個(ge) 長相不錯、收入很高、談吐優(you) 雅的人,但是仔細想想你還是不知道她本質上到底長得是什麽(me) 樣!收入到底是多少!談吐到底是什麽(me) 樣子的!而且在量子力學的世界裏,你永遠也沒有辦法真正地看到她。

【黃姤結語·量子力學的本質】

關(guan) 於(yu) 量子力學並不是因為(wei) 我們(men) 的設備還不夠精密,而是自然的一個(ge) 基本屬性,我們(men) 隻能通過一個(ge) 一個(ge) 的事件去推測微觀世界到底是什麽(me) 樣,電子是一個(ge) 堅硬的小球,這個(ge) 是我們(men) 自己想象出來的,實際上沒人能告訴你電子本質上究竟長得是什麽(me) 樣子,如果你還是覺得特別的別扭、覺得電子它就應該有一個(ge) 樣子,你可以再想這麽(me) 一件事——我們(men) 說一個(ge) 東(dong) 西到底是什麽(me) 樣子的,它總得有一個(ge) 基本的顏色,那它是黑的白的還是紅的藍的,但是你想,光的顏色是由光的頻率決(jue) 定的,一個(ge) 物體(ti) 它必須持續性地向我們(men) 發出特定光譜的光,我們(men) 才能知道它的顏色,那電子當然不能做到這一點了,所以電子的本質上就沒有顏色,那如果你能接受電子沒有顏色,為(wei) 什麽(me) 不能接受電子沒有其他那些我非常熟悉的屬性呢!

其實,我本人也是花了很長的時間才想清楚電子它不是一個(ge) 我們(men) 能看得見、摸得著的東(dong) 西,事實上電子這個(ge) 名字都是我們(men) 給它造出來的,我們(men) 實際看到的其實壓根就不是一個(ge) 東(dong) 西,而是一係列實驗呈現出來的數據,我們(men) 為(wei) 了解釋這些數據發明了一個(ge) 詞,它叫做「電子」,而一旦我們(men) 發明了這個(ge) 詞,就要反過來去猜測它本質上是什麽(me) 樣子的,但是就像我們(men) 發明了星期一這個(ge) 詞一樣,那你說星期一本質上又是什麽(me) 樣子呢?

「量子力學」的本質,一篇文章讓您輕鬆讀懂什麽是「量子力學」

 

量子力學告訴我們(men) 不要以處在某一狀態的物體(ti) 的角度來思考時間,而應該從(cong) 過程這個(ge) 角度來思考。過程就是從(cong) 一次相互作用到另外一次相互作用的曆程,物體(ti) 的一切屬性隻有在相互作用的那個(ge) 瞬間才以分立的方式呈現出來,也就是隻有在這些過程的邊緣,隻在於(yu) 其他物體(ti) 發生關(guan) 聯的時候才會(hui) 出現,我們(men) 沒法對其做出完全確定的預測,隻能進行概率性的預測。

「量子力學」的本質,一篇文章讓您輕鬆讀懂什麽是「量子力學」

 

到了今天,無數的物理學家、工程師、化學家、生物學家每天都會(hui) 用到量子力學的方程,它們(men) 仍然十分神秘,它們(men) 並不描述物理係統的本身,而隻是描述物理係統如何相互作用和相互的影響,可是這又意味著什麽(me) 呢?宇宙的本質到底又是什麽(me) 呢?物理學家和哲學家不停地問自己,這個(ge) 理論真正的含義(yi) 可能是什麽(me) ?

在如何思考量子力學所描述的宇宙本質這件事上,人們(men) 並沒有達成一致,還有很多物理學家和哲學家討論過其他的方法,量子力學隻是一種物理理論,也許明天就會(hui) 被另一種更深刻的理解世界的方式所修正,也許理論的晦澀難懂並不是量子力學的過錯,而是由於(yu) 我們(men) 的想象能力有限,宇宙並沒有義(yi) 務一定成為(wei) 我們(men) 人類能理解的樣子,但是人類永遠不會(hui) 因為(wei) 也許理解不了就停止嚐試理解它的步伐,這種永恒的旨意正是科學的源頭。



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