薛丁格方程為什麼稱為微觀世界的「牛頓力學」?

2020-12-11 騰訊網

我們都知道薛丁格這個人,因為他提出了一個非常著名的思想實驗「薛丁格的貓」,但是對於薛丁格最大的貢獻,很多人都不知道,其實薛丁格最大的貢獻在於發現了「薛丁格方程」。那麼這個方程為什麼稱為最大的貢獻呢?今天我就來說說這個問題。

首先在宏觀世界裡面,有什麼理論可以說適用範圍非常廣呢?那無疑就是牛頓力學,牛頓憑藉其出色的運動三定律,可以計算出宏觀物體未來任意時刻的運動狀態,使得未來對我們來說具有可見性,所以對我們如今的技術影響非常大。

如果說宏觀世界是牛頓力學的天下,那麼微觀世界是誰的天下,那就是薛丁格方程的天下,因為薛丁格方程就是微觀世界的「牛頓力學」。

首先描述一個宏觀物體有一個前提條件,那就是需要獲取到物體的初始速度和位置,然後根據物體所處的客觀條件,就可以推演出將來物體的運動狀態。但是到了微觀世界,你會發現牛頓力學沒法用,因為你根本就無法同時獲取一個微觀粒子的初始位置和速度。也就是海森堡不確定性原理,任意一個時刻,微觀粒子的速度和位置信息,你只能二選一拿其中一個,另外一個是拿不到的,所謂魚和熊掌不可兼得。

所以既然微觀世界獲取不到初始信息,牛頓力學自然也就不能用,那麼取而代之的就是「薛丁格方程」,這個方程最大的好處在於,不需要同時獲取到微觀物體的速度和位置,也能對微觀粒子的未來做預測。但是薛丁格方程對未來的預測風格,和宏觀世界的牛頓力學不同。

薛丁格方程預測未來是用概率來解釋,比如說通過薛丁格方程,我們可以計算出一個電子未來3秒時處於x=10這個位置的概率是30%,速度是20m/s的概率是40%。也就是說薛丁格方程只能談概率,不談確定值。

為什麼會出現這種情況呢?是不是因為薛丁格方程不夠完善,所以無法對微觀粒子做確定性表達呢?其實不是,因為微觀世界裡的所有物體本來就不確定。什麼叫本來就不確定,就是說你無法同時獲取微觀粒子的位置和速度,並不是因為你的理論不夠先進,也不是測量技術不夠牛逼,真正的原因是微觀粒子本來就沒有同一時刻的位置和速度。

所以既然微觀粒子本來就不可能同時擁有準確的速度和位置,你也就不可能通過物理學探索,找出一個牛逼方程,用這個方程對微觀粒子未來做精準預測。我是小彭來給您解惑。

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