量子力学颠覆你的世界观,量子经典力学( 四 )


量子力学是微观物理学的整个一套基本框架、基本逻辑、基本语言 。对于它所适用的范围(通常是分子以下的微观层次,但后面还要提到适用范围),所有的科学规律都在量子力学的基本框架下 。相对之前的物理,量子力学这个基本框架是全新的,因此前者被称作经典物理 。
在经典物理中,每个物理量总有明确的值 。比如物体在每个时刻都有明确的位置,而且经典物理规律完全决定了它怎样随时间变化 。掌握了经典物理规律,只要知道物体受力情况和某个时刻的位置和速度,就可以计算出其它任意时刻的位置和速度 。比如,哈雷根据牛顿力学正确预言了哈雷彗星的回归,现在我们也能应用经典物理将人造卫星发射到预定轨道 。
经典物理和日常生活中也有几率 。但这是一种粗粒化描述,基于对细节的忽略 。扔下一个均匀的硬币,每个面朝上的几率大概是二分之一 。在大致相同的宏观条件下,细节有各种各样的可能性,重复扔若干次硬币,最后每个面朝上的结果大概有一半 。但是,其实每个硬币的运动都是决定论的 。如果知道力学细节,原则上是可以预言最后结果的 。
量子力学中,几率的概念首当其冲,而且是实质性的 。对于量子粒子的每个可能位置我们赋予一个复数,称作波函数 。测量粒子的位置,它出现在某个可能的位置;测量另一个也由这个波函数描述的粒子,它出现在某个可能的位置 。这样的过程重复很多遍,然后统计出现在每个位置上的次数,占所有次数的比例就是粒子处于这个位置的几率,等于波函数在这个位置的大小的平方 。
量子理论的奠基人之一波尔曾经说过一句话:如果一个人没有被量子力学震撼的话,他根本就不懂量子力学!
从这句话就能真实反应出量子力学的颠覆性!而具体来说有一下几点!
首先最重要的一点就是,量子力学表明在微观世界,一切都是不确定的,而只有实施观察的行为后 , 微观世界才变得确定(相对的确定)
用宏观世界的事例来描述微观世界更能直观地感受到这种颠覆性!比如说你现在自己家的窗户旁观看远处的楼房,楼房就在那里,无论你观察与否,都不会影响楼房的状态和位置!
但按照量子力学的诠释,楼房的状态和位置并不是确定的,在你没有实施观察行为时 , 楼房可能以任何状态存在,也可以位于任何位置 , 甚至会在月球上!
说吧了,微观世界所有的一切都只能用概率来描述,没有什么事确定的 。这就是“不确定性原理”!
而且这种不确定性并不是因为人类的 科技 水平受限观察不准确导致的,而是微观世界的固有属性!
想象看,如果我们的宏观世界像微观世界那样,世界会是什么样子?
但问题就在于,我们宏观世界的一切都是有微观粒子构成的 , 而且微观宏观本来就是相对的 , 没有明确的分界线 , 这是不是意味着我们的宏观世界也是不确定的呢?
除了不确定性,还有量子隧穿效应,电子双缝干涉实验的诡异现象,还有更神秘的量子纠缠现象,相信大家都有所了解 , 这里就不再详述了!
总之 , 量子力学对于我们的颠覆性是全面的,是从根基上彻底动摇了我们对周围现实世界的认知!
量子理论奇谈:
很久很久以前,有原始人捡到了两块机械表,他们称之为量子表 。由于他们的视觉器官可见光波长较长,极尽手段后他们隐约能看到秒针在运动,但看不清秒针到底在表盘的什么位置 。虽然视力差 , 但是他们的触觉很灵敏 , 如果拿手摸一下表盘,就感觉到秒针停在手指下面的固定位置,他们把这种不测量就不能确定 , 一测量就能确定具体位置的现象称为量子塌缩 。