量子力學最難理解的地方:上帝到底會不會擲骰子?愛因斯坦這樣說

2020-12-14 百家號

大家好,歡迎收看量子科普第97期,我是常常,今天和大家聊一聊關於量子力學中一個經久不衰的話題:上帝到底會不會擲骰子?

牛頓的經典力學與愛因斯坦的相對論統治了物理學界將近四百年,愛因斯坦的相對論是牛頓經典力學的補充與發展,但本質上來說,量子觀點是劃分經典與非經典物理學的分水嶺,即非經典的=量子的,所以愛因斯坦的相對論仍然是一種經典的物理學,而量子力學作為一種全新的非經典物理學卻很難被大眾所接受,經典物理學與量子力學的根本區別就在於:上帝到底會不會擲骰子?

上帝到底會不會擲骰子?這主要是指經典力學的絕對論與量子力學的隨機性之間的分歧

愛因斯坦堅信:上帝是不會擲骰子的,愛因斯坦相信整個世界都是按照一定的規律去運行的,即使在微觀量子世界,微觀粒子也會像鐘錶似的機械地嘀嗒運轉,這種經典物理規律讓宇宙的每個瞬間都可以決定下一個瞬間,宇宙究竟是按照機械規律去運行,還是上帝依靠擲骰子而去隨機管理?顯然愛因斯坦是傾向於後者,所以愛因斯坦相信:上帝是不會擲骰子的。

但是愛因斯坦這種經典物理論在微觀量子世界似乎並不適用

例如:我們無法同時測量微觀粒子的速度與最終位置,我們也永遠無法根據規律精準的計算出粒子會出現在哪個位置,我們只能計算出粒子出現在那個位置上的概率,所以量子力學在某種意義上像是一種統計學,更像是一種概率雲。

但實際上,粒子並不存在於任何位置,只有人類進行觀測時,粒子才會存在於某處,粒子仿佛就像為了人類觀察而存在的,這可以參考量子力學中著名的思想實驗:薛丁格的貓,在盒子裡這隻又死又活的顯然違背了正常的思維邏輯,但是這種隨機性、這種疊加態卻又廣泛的存在於微觀量子世界之中,量子力學的哥本哈根學派認為:觀察到的隨機性是量子力學的根本性質,微觀量子世界中的粒子或系統只能依靠「波函數」來描述,但波函數並不能精準的找出粒子的位置,只有通過「觀測」這一手段使波函數塌縮,我們才能把微觀粒子絕對化,而人類「觀測」的這一手段都是外界強行施加的,所以哥本哈根學派這種觀點多少給量子力學蒙上了一層神秘的色彩。

有人說愛因斯坦一生都在為反對量子力學做鬥爭,其實這是不對的,愛因斯坦也是量子力學的奠基人之一,他怎麼會一生都在反對自己所創立的科學呢?真實情況是:愛因斯坦反對的不是量子力學,而是反對哥本哈根學派將量子力學視為一種完全隨機性的觀點,量子現象是隨機的,但量子理論不是,完全的隨機性就意味著微觀粒子的背後是「上帝在擲骰子」,上帝在擲骰子就意味著伽利略、牛頓、愛因斯坦等人構建的幾百年的物理大廈將完全崩塌。

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  • 愛因斯坦說的「上帝不會擲骰子」是什麼意思?
    上帝擲骰子其實是發生在一次索爾維會議上,這是科學家的峰會。在上世紀的20年代~30年代,科學家們有一個議題,那就是哥本哈根學派對於量子力學的詮釋「不確定性」到底靠不靠譜?光是粒子還是波?相對論其實是和光速有關係,而黑體輻射則和光到底是什麼關係。如果光是一種波,那說明電磁輻射應該是連續的,而不是非連續的。但是如果按照麥克斯韋的電磁學理論來解決黑體輻射的問題,就會出現很多問題。於是,被逼無奈的普蘭克在玻爾茲曼的啟發下,提出了「量子」的概念。他認為能量不是連續的而是一份一份的,而能量的最小單位就被稱為量子。
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  • 愛因斯坦:「上帝不會擲骰子」玻爾:「你別指揮上帝該怎麼做!」
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    本文首發於南方周末   微信號:nanfangzhoumo  「無論如何,我都確信,上帝不會擲骰子。」多年以來,愛因斯坦的話已經成了他反對量子力學及其隨機性的標誌,但人們其實誤解了他。  「上帝不擲骰子」——愛因斯坦的名言中很少有哪句話像這句被引用得如此之多。
  • 一組關於量子理論的名句;上帝不會擲骰子等
    (在量子理論的世界裡,能量不是連續的是一段一段的)一,愛因斯坦。a,「God doesn't throw a fair dice「;上帝不會擲骰子。b,難道月亮只有在我們看著它的時候才存在?a,沒有人真正了解量子力學。b,「我們知道它如何計算,但不知道它為何要這樣去計算,但只有這樣去計算才能得出既有趣又有意義的結果。」c,「以常識看來,量子力學把自然界描述成為一個荒誕之物。但是它完全符合實驗。
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  • 看此文,你會明白愛因斯坦關於上帝不擲骰子的思考,是多麼重要啊
    本文首發於南方周末「無論如何,我都確信,上帝不會擲骰子。」多年以來,愛因斯坦的話已經成了他反對量子力學及其隨機性的標誌,但人們其實誤解了他。「上帝不擲骰子」——愛因斯坦的名言中很少有哪句話像這句被引用得如此之多。
  • 為什麼量子力學要用概率波描述粒子?「上帝真的擲骰子嗎?」
    或許你聽過這樣的話「如果初學者第一次接觸量子力學,卻沒有感到困惑,那麼他一定是沒搞懂」。這是玻爾的名言,當然原話並不是這樣,但意思完全相同。
  • 「上帝不會擲骰子」到底是什麼意思?答案顛覆三觀
    所謂黑體,就是能夠把入射的電磁波都給吸收了,不會反射和投射。但是,由於高於絕對零度的物體都會對外輻射電磁,因此叫做黑體輻射。不太理解沒有關係,我們可以從電燈泡說起,當時愛迪生已經對電燈泡的技術進行了改良,歐洲開始流行電燈泡。而有個叫做普朗克的科學家,就受委託研究電燈泡為什麼發黃光?
  • 為什麼物理學家費曼說,世界上沒有人懂得量子力學?
    之所以他們有這樣的困惑,本質上是因為量子力學其實是描述微觀世界的物理學現象的理論,他們並非對理論感到困惑,而是對於微觀世界的離奇現象感到困惑。那微觀世界到底存在什麼樣的離奇現象呢?由於篇幅關係,我們在這裡就不具體講這個實驗到底是咋回事了。我們就說說這個實驗另科學家十分困惑的地方是什麼。簡單來說就是:這個實驗有觀測者和沒有觀測者最終得到的實驗結果是不同的。具體來說是這樣的,在這個實驗中,光子或者電子通過雙縫之後會在屏幕上成像,如果什麼都不管不顧,就會出現幹涉條紋。
  • 一飯一思丨上帝會擲骰子嗎?
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  • 上帝擲不擲骰子?
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    玻恩和海森伯在作關於矩陣力學的報告時指出:「我們主張量子力學是一種完備的理論它的基本物理假說和數學假說是不能進一步被修改的。」這番話無疑是向不同意見提出了挑戰。接著玻爾也再次闡述了他的「互補原理」。由於愛因斯坦一直對量子力學的統計解釋感到不滿,他曾在1926年12月給玻恩寫信時說:「上帝不是在擲骰子」。
  • 愛因斯坦稱上帝不會擲骰子,薛丁格的貓卻正相反,我們究竟信誰?
    筆者:三體-小遙 愛因斯坦曾經說過:「上帝不會擲骰子。」對我們來說,這句話可能是在解釋宇宙中的一切都按照一定的規律發展,並不存在太多的隨機性,只有掌握了宇宙規律,才能更好地進行探索。這種觀念得到了大部分科學家的認可,直到一個著名的實驗出現,其實驗理念公開與愛因斯坦的觀點叫板,成功引起了人們的廣泛關注,這個實驗就是「薛丁格的貓」。該實驗通過在盒子裡面放置一隻貓和放射性物質,猜測貓在盒子內部的生死問題。對於該實驗人們得到的結論是:在盒子沒有打開之前,貓存在三種狀態,除了生死之外,還有生死疊加態。