量子力学简单解释

量子力学简单解释
2019年02月04日 19:51 新浪网 作者 传讯科技

量子力学简单解释

咋听起来,可能会感到怪异,量子力学能够简单解释清楚吗?准确地说,是量子力学的为什么不可能解释清楚。著名量子力学家费曼说:“我天生不懂量子力学,我现在仍然不懂量子力学!” 这位诺贝尔获得奖者,公认为该领域的最顶级的专家,却宣称他对此无知。 那么,对于我们其他人来说,还能说什么呢?

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这篇文章不是告诉你量子力学的为什么,而是尽量用最通常的语言、最简单地告诉你量子力学是什么及有哪些既神奇而又怪异的地方,从而可以对量子力学有一个恰当的、基本的了解。

量子力学是20世纪初在物理实验基础上建立起来的。开初创立的量子力学通过建立数学模型,成功地解释了这些实验现象。以后,这些数学的推导方程式不断完善,依据这些数学推导取得了许多重要发现,同时在实验与应用中取得了极大的成功。量子力学就是在这样的数学推导中形成为一套成功的理论体系。

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可是,人们发现,量子力学描述的世界违背了我们的直觉,与我们所熟悉的世界太不一样,所以为之震撼、觉得“怪异”。量子力学有哪些使人感到“怪异”的呢?主要有下面几点:

量子对象可以显示出波动性,也可以显示出粒子性,这称为波粒二象性。

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2. 量子对象可以同时处于多个状态:例如,它们可以在这里和那里,这称为叠加。

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3. 你无法同时确切知道量子对象的两个属性,这是不确定性原理。

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4. 量子对象可以在很远的距离内立即相互影响:爱因斯坦称为“幽灵般的超距离作用”,这称为量子的纠缠。

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5. 你无法在不打扰的情况下进行任何测量。所以人类观察者不能被排除在理论之外:它变得不可避免地具有主观性。

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量子力学提供了所有发生的可能性,所有可能发生的事情确实会发生。

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上述量子力学的“怪异”后面所体现的真实的涵义人们不得而知,从而出现了种种诠释来探索这些涵义。至今,所有这些诠释都未能得到圆满的解释,也未得到科学的证明,严格来讲是一些猜想,所以并未得到普遍的公认。

这就是如费曼等当今量子力学领域的最前沿的专家,却宣称对此无知。同时,以爱因斯坦为代表的顶级科学家认为,量子力学还是一门不完备的科学。费曼与爱因斯坦的意思不是说量子理论本身不可信或不可搞,而是说量子力学的数学推导的方程式后面所体现的真实的涵义无人能说明。

无论是对于量子力学专家还是通常人,普遍公认量子力学是所有科学中最晦涩难懂的学科之一。量子力学成为“难以理解的科学”的象征,也正如爱因斯坦是科学天才的象征一样。

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但是量子世界又是我们的世界。我们所熟悉与通常所描述的世界只是量子力学所描述的世界的一个特例。而这两个世界又是同一个客观对象,两者不存在有所不同的地方。所以,如果说有什么值得被称为“怪异”的,不是量子力学本身,而是我们的认知。

理想地来说,如果我们一开始学的是量子力学,再学传统力学,那么就会觉得一切都是那么自然,没什么值得奇怪的地方,世界本来就是如此。可是很遗憾,目前还办不到。

量子力学并不是人们想象的那么艰难,许多人实际上都可以掌握量子力学。可是量子力学确实不易学会,如果你不具备有关数学与物理的知识,那么量子理论并不适合你。

当今量子力学领域已经超出100多年前所定义的量子力学,已经不再是单纯地关于量子,也不再是单纯的一门力学,正在而且还将不断地渗入到通信科学、信息科学、计算科学、生命科学、认知科学等领域。如果在今天来定义量子力学,可能就不会叫量子力学,也许叫微观科学、或统一力学之类可能更为妥切。

在国外量子学界,流传着这么一句流行语:“shut up and calculate”。如果翻译成中文,直译为:闭上嘴,去计算;再准确点的意思可译为:“两耳不闻为什么,一心注重搞计算”。这反映了当今量子力学的基本现实。诠释量子力学的理论太多太多,这些理论都不可能解决为什么的问题。量子力学是在数学推导基础上发展起来的,依据这些数学推导的发现、实验与应用等都很成功。当前,只能立足于多计算、多试验、多应用。

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那问题就来了,对通常人来讲,该如何比较恰当地来了解与理解量子力学呢?正确的答案就是,你不需要问太多的为什么,也不要试图去搞清楚为什么(也不可能搞清楚),只需要了解上述量子力学的基本状态及其“怪异”是什么,就是对量子力学最恰当的了解。

如果你还想进一步地了解量子力学,也最好是不要试图去钻研为什么,直奔量子力学的基本方程式及其数学推导,由此你得掌握必要的数学知识。

如果你还愿意进一步地应用量子力学,why not? 不妨可以大胆试试、勇于探索,将量子力学应用于其它领域,学中用、用中学、学用结合。成功与否并不重要,重要的是,你会在学用中学得量子力学的真谛。但是这种应用不是泛泛的理论说教,需要的是:计算、计算、再计算。说不定,也许,你能有所突破、有所创新。

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毕竟,我们的身体是由原子等量子组成,所有的科学技术都来自于我们的认知,而人的认知及其生命又来自于电子等量子的流动。量子力学将不再是一门单纯的力学,它与将来的认知科学有关、与生命科学相联。也许在那个时候,量子力学的种种为什么的谜团会得以揭开。

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