solidtu 发表于 2014-11-16 15:44
关于量子物理不好懂。
我在想问题是不是出在观测手段不够先进,所以量子物理大多数内容都是抽象理论…… ...
首先声明一下:我不是这个领域的专家,最多算个发烧友,下面所说的都是我个人的粗浅理解,所以有不严格,或者讲错的地方,很正常。只要能用这样的砖让人有所启发,那就足够了,反正就是随便闲聊而已。
这个话题很大,关于量子力学的理解,爱因斯坦和玻尔两派一直死磕到最后,现在科学家们仍然在折腾。当然,这并不妨碍实际的工程应用,工程师们才懒得管那些文二青年怎么理解呢,有用就行。
有必要先说说一些基本的哲学问题。
关于这个世界,最不可思议的其实是:她居然有规律,而不是完全是一盘散沙,事物之间有关联。那么好,第一个问题来了,这种关联到底到哪种程度?是完全的齿轮组一样的每一格都不差的关联呢,还是松松垮垮的——有一段是齿轮,有一段是皮带,有一段是空挡……这样组织起来的?
关于世界还有一个基本问题:世界这个关系网络是开放的还是闭合的?
1. 如果是开放的,那么我们对物理定律的研究可以是从一些基本公理无限的没有尽头的往外推,类似于欧几里得几何体系那样。这种情况下,我们的终极真理就是顺藤摸瓜往回摸,不断化简,淘尽黄沙始见金,直到最后淘到终极的那几个公理;
2. 如果是闭合的,那么我们对物理定律的研究可以是随便哪里都是起点,就像我们站在地球表面,随便哪里都可以自以为是世界中心,随便哪个点都可以接入这个世界,随便哪里拎起来,都是整个世界这张大网。这种情况下,我们的终极真理问题就是坐标系的变换问题,类似于根据自己的方便,在笛卡尔坐标或者极坐标或者其它各种坐标系之间变换的道理。
在人类的实践中,表面上看起来是在按方案1操作,但本质上其实是方案2。因为我们所有的概念其实都是日常生活中总结出来的,我们日常生活的这个起点是不是能把所有从真理那个起点站出来的车的过路费都收了还是个未知数。
好了,前面这些话可能让人摸不着头脑,不理解的话也没关系,只是做个铺垫,可以略过。
下面就把量子力学的概念理一理。
要明白量子力学,那就先要明白经典力学究竟是个啥。中学课本上已经讲了,经典力学就是牛顿三定律啊!为什么牛顿三定律那么伟大?
相信大家都学过函数,为什么函数的概念那么重要?因为函数实现了人们心中的一个梦,y=f(x)把未知变成已知,输入x,我们就知道y了。而经典力学就是搞清楚了一套极为重要的函数,使得人们只要知道了一个质点的“初始条件”和“受力情况”,那么这个质点的运动就尽在掌握了,推而广之,这世界都是质点,那岂不是这世界的一切都尽在掌握了?是不是人人都有能当上帝的感觉了?
当人类这么想的时候,上帝送了两个字给人类:呵呵!
我相信,牛顿当时其实就知道这个体系中有问题,所以说出了那句著名的“上帝的第一推动”。
当然,那些精微之处还没有直接浮现出来,对于人们的日常应用还是不错的。到了20世纪初,人们在研究“光电效应”、“黑体辐射能谱”等等问题的时候,一个绕不过去的坎就是必须要引入“量子”的概念。好了,承认光子能量一分一分的也没啥大不了。
其实,最让人惊得合不上下巴的一个特性是,大家中学都学过的“双缝干涉”实验。这有啥啊?不过是证明了光是波而已嘛,这已经是几百年前的事了啊!
物理学家是很会玩的,既然前面说了,光量子的概念必须有,那我们这么玩:我们就让光子一个一个通过双缝,别一群一起过。我们倒要看看你到底走的哪个缝?
实验结果是让人惊奇的,即便一个一个的过,仍然表现出了干涉图样,而当一个缝被加上了任何可以侦测光子是否经过了某个缝的装置时,图样就被破坏了!总之,一句话:一个光子居然是同时通过两个缝的,或者她知道另一个缝被做了手脚!
当然,还有其他各种各样的实验,本质上都可以归结为和双缝干涉实验类似的东西,而且这个效应还不止是光子,电子、中子等等也是一样。
长话短说,此处略去很多字,归纳一下,量子力学中最基本的一个特性就是经典力学的前提条件不成立——我们无法同时取得一个质点的位置和动量这个初始条件!因而对质点之后轨迹的预测也无从谈起!需要强调的是:这不是测量仪器用了国产山寨货的原因,而是一种根本性的限制!
针对上帝的那句:“呵呵”,我们该怎么办?只能退而求其次,经典力学那套思维框架统统废掉,基本方程变成了薛定谔方程,只能求出出现的概率,而不是一定在某个点上出现!
薛定谔也不甘心啊,真的只能如此了吗?于是著名的薛定谔喵星人诞生了!其实我倒觉得薛定谔本来想用宏观世界的确定性思维(也就是我前面说的我们日常经验的出发点)来挽救量子尺度的不确定概念,反而是说明了我们的整个世界根本就是一只薛定谔大猫!近些年来突然开始变得不那么荒谬的“多世界平行宇宙”概念也是从这里出发的。
有次我和一个洋人朋友在茶馆里争:这世界是不是决定论的?我说不是,我们有充分的自由意志!他反对。我说那好,我抛个硬币,你告诉我这个正反面是在哪一刻就确定了?是就在这会儿呢,还是一直要往回追溯到宇宙大爆炸那一刻?只要不是在大爆炸那一刻,那就有自由意志!那么既然有自由意志,为什么不是时时刻刻都有?这世界本来就是时时刻刻都在抛硬币,我们的宇宙诞生不需要大爆炸(Big Bang),而是每时每刻都在发生着的微爆炸(Mini Bang, Bang, Bang……everywhere!)
爱因斯坦一直不相信上帝是掷骰子的,可能他对日常经验太恋恋不舍了!我一直想,要是有机会当面问爱因斯坦一个问题的话,我一定会问他:一个惯性系的尺度可以无限小吗?
不知道我把这些概念表达清楚了没有,要是没有的话,别怪我哈,这玩意儿确实需要放下很多旧概念才能理解,当然,物理学家们都表示难以真正理解!我的偶像费曼都说他不理解量子力学,要是我说我理解了,那一定是吹牛逼的!
反正是闲聊,要是被带到沟里了,不关我的事,哈哈! |