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怎樣形象地理解量子力學(xué)中違反“常識”的理論?

      首先聲明,沒有以下兩種能力的人請繞道,本文拒絕這兩類人的評論。


沒有跳躍性思維能力的人


      因為量子力學(xué)本身最基本的思想就是不連續(xù),普朗克最先提出“量子”這一概念時,為了解釋黑體輻射而顛覆傳統(tǒng)的將以前大家一直認(rèn)為“能量是連續(xù)變化的”假設(shè)改變成了“能量是一份份的”假設(shè),量子一詞相當(dāng)于“能量粒子”的簡稱。如果沒有跳躍性思維的人,從根本上就無法理解模擬信號到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)變,談何理解“量子”這一理論?


不能拋棄“因果論”的人


      量子力學(xué)是在微觀角度解釋具有量子特性的粒子的理論,量子力學(xué)中概率的引入和不確定性摧毀了經(jīng)典(宏觀)世界的因果性,它讓“不死不活”的貓可以存在于量子世界。,而不能拋棄“因果論”的人往往只會以“非黑即白”來看待世界,以結(jié)果來返推前因,用這種思維來看待量子力學(xué),如何能看得明白?但是這些人往往能以“嚴(yán)密的”邏輯來論證量子力學(xué)的錯誤。

相愛殺的玻爾和愛因斯坦


      量子力學(xué)從其創(chuàng)立之初,就拌隨著諸多爭議。數(shù)學(xué)物理學(xué)家,與霍金一起提出并證明了引力奇點的羅杰·彭羅斯,曾嘲笑道:“對量子力學(xué)有許多不同的態(tài)度,這些態(tài)度數(shù)量之多,恐怕比量子物理學(xué)家的數(shù)量還多。這并不矛盾,因為許多量子物理學(xué)家同時持有多種不同的觀點?!?/p>

      在眾多學(xué)派當(dāng)中,量子力學(xué)的哥本哈根詮釋逐漸獲得了大部分量子物理學(xué)家的認(rèn)同。


量子力學(xué)的哥本哈根詮釋包含了幾個重要的觀點


    1.一個量子系統(tǒng)的量子態(tài)可以用波函數(shù)來完全地表述。波函數(shù)代表一個觀察者對于量子系統(tǒng)所知道的全部信息。


    2.按照玻恩定則,量子系統(tǒng)的描述是概率性的。一個事件的概率是波函數(shù)的絕對值平方。(馬克斯·玻恩)


    3.不確定性原理闡明,在量子系統(tǒng)里,一個粒子的位置和動量無法同時被確定。(海森堡)


    4.物質(zhì)具有波粒二象性;根據(jù)互補原理,一個實驗可以展示出物質(zhì)的粒子行為,或波動行為;但不能同時展示出兩種行為。(尼爾斯·玻爾)


    5.測量儀器是經(jīng)典儀器,只能測量經(jīng)典性質(zhì),像位置,動量等等。


    6.對應(yīng)原理:大尺度宏觀系統(tǒng)的量子物理行為應(yīng)該近似于經(jīng)典行為。(尼爾斯·玻爾與海森堡)

量子力學(xué)的哥本哈根詮釋


      哥本哈根詮釋歸納起來有三個核心:玻恩的概率解釋、海森堡的不確定性原理、玻爾的互補原理。這三大核心原理合力摧毀了我們對世界的認(rèn)知:前兩者合力摧毀了經(jīng)典世界的因果性,后兩者合力搗毀了世界的客觀性。


      而大部分不能理解這三大原理的人,要么認(rèn)為量子力學(xué)是瞎扯的,要么無限擴大其定義域,將量子力學(xué)推廣到生物學(xué)用來解釋靈魂和穿墻術(shù)等神術(shù),更發(fā)展出平行宇宙等等一系列超出量子微觀角度的“玄學(xué)”來。


      我們用一個簡單的現(xiàn)象來理解哥本哈根詮釋。


      一個硬幣一般情況下它的狀態(tài),我們認(rèn)為它要么是正面,要么是反面,這是很明確的。但是,有一種情況,它的狀態(tài)是不明確的,這種情況就是當(dāng)它在旋轉(zhuǎn)的時候,我們是不知道它是正面還是反面的。


      種狀態(tài),我們認(rèn)為它是量子狀態(tài)(我們用硬幣代替粒子,實際上在宏觀世界這不是量子態(tài))。這時,可以用一個波函數(shù)來描述它的狀態(tài),也即用這個波函數(shù)來描述硬幣在旋轉(zhuǎn)時正面和反面的概率。但是,當(dāng)我們想去測量清楚它到底是正面還是反面時,我們就必須將硬幣摁倒,這就破壞了硬幣正在旋轉(zhuǎn)的這種量子態(tài),也就是它的波函數(shù)坍縮了。


      而在硬幣旋轉(zhuǎn)的時候,硬幣就處于正面和反面的疊加態(tài),或者說它即表現(xiàn)出是正面,又表現(xiàn)出是反面,這就類似于量子表現(xiàn)出波動性和粒子性一樣。


      如果你不能理解量子的這幾種基本的性質(zhì),那么量子力學(xué)所有理論你就最好不要評論了。


      到目前為止量子力學(xué)只適用于微觀世界。

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