上帝擲骰子,是神學還是科學-量子力學小史

2020-12-05 史路雨絲

這段時間,我在天涯上看到一個民科寫了一篇文章,說量子力學不正確,越來越像神學,因為自己對物理學感習慣,同時也對歷史學感興趣,所以向各位介紹下相關的小歷史。

先給各位解釋下量子力學:

量子力學(Quantum Mechanics)是研究物質世界微觀粒子運動規律的物理學分支,主要研究原子、分子、凝聚態物質,以及原子核和基本粒子的結構、性質的基礎理論它與相對論一起構成現代物理學的理論基礎。量子力學不僅是現代物理學的基礎理論之一,而且在化學等學科和許多近代技術中得到廣泛應用。量子力學從根本上改變人類對物質結構及其相互作用的理解。除了廣義相對論描寫的引力以外,迄今所有基本相互作用均可以在量子力學的框架內描述(量子場論)。

物理學跟化學其實都是實驗科學,一般都是通過大量的實驗取得實驗數據,然後再綜合整理這些實驗數據,再作一些合理的解設,綜合出一套數學公式,然後再提出一套理論來解釋這套公式,不過到這裡還只能算初步的理論,要驗證理論是否正確,後期還需要再進行相關的實驗來驗證這套公式和理論是否正確。典型的就是牛頓的萬有引力公式,就是牛大師在綜合整理大量前人觀察天體運行規律後得出的。

如果說我比別人看得要遠一點,那是因為我站在巨人的肩上——牛頓

伽利略(1564—1642)和牛頓(1642—1727)等大師的經典物理在19世紀末期已經很完美,一系列的科技都在此基礎上取得了輝煌成就。但是這個時候物理學出現了兩朵烏雲,一個是以太是否存在,一個是黑體輻射的「紫外災變」。

前面說過物理學是實驗科學,所以有一些合理的解設,以太就是光能在真空中傳播的合理性解設,因為按經典物理學的原理,波的傳播是需要物質的,而真空中沒有物質,所以物理學家解設宇宙中無處不存在以太這種物質。這個解設還能解釋牛大師的絕對空間等,不過後來證明這個解釋是錯誤的,這個我以後的文章再說明。

理想黑體可以吸收所有照射到它表面的電磁輻射,並將這些輻射轉化為熱輻射,其光譜特徵僅與該黑體的溫度有關,與黑體的材質無關。歷史上記載的是說按經典物理的規則,這裡面的規律整合出了兩套公式,而且這兩套公式都只能在各自的區域滿足。最後,有一個叫普朗克的牛人弄出了「普朗克公式「完美解釋了這種現象,但公式裡有一個解設跟經典力學的理論完全不符合,即解設能量是量子化的。在這套公式中,普朗克提出了普朗克常數,這個常數就是量子力學的地基。

1905年愛因斯坦在普郎克解設的基礎上提出了光量子說,很好地解釋了經典物理不能解釋的光電效應。

1913年,尼爾斯·玻爾在提出了以他命名的玻爾模型來解釋原子,很好地解決了經典力學中盧瑟福模型不穩定的問題。

德布羅意提出了物質波的概念,並被後續的實驗證明了正確。

在這段時間的量子力學,我們一般的人還算理解,但後面的量子力量對於我們普通人來說,確實越來越神奇了。

像海森堡1927年發現的「不確定性原理」,說的是兩個不對易算符所表示的力學量(如坐標和動量,時間和能量等),不可能同時具有確定的測量值。其中的一個測得越準確,另一個就測得越不準確。這對於我們這些高中物理生來說,太難理解了,為啥就測不準呢?我看了一本書上是這樣說的,因為我們要觀察一個東西,那麼就要固定他的其它狀態,自然就測不準了,像如果我們要測某個微粒子的質量,那麼在測試的時候,肯定就會影響到了他的速度這些,那麼它原本的速度就不對了,而速度也一樣,因為高速下的物體,質量是跟速度有關的,所以質量也就測不準了。至於是不是這樣,以我的見識,只能呵呵了。

還有一個更神奇,就是著名的」薛丁格的貓「。怎麼看都像是宗教裡的我思故我在。

在一個盒子裡有一隻貓,以及少量放射性物質。之後,有50%的概率放射性物質將會衰變並釋放出毒氣殺死這隻貓,同時有50%的概率放射性物質不會衰變而貓將活下來。當我們打開盒子看到貓時,貓就只能是活著或者死了。

不過現在的量子力學又有進步了,提出了所謂的量子退相干來解釋」薛丁格的貓「,給出的解釋是觀察者是受實驗系統跟環境系統疊加影響的,什麼意思呢?我以人來解釋就是人的性格即受DNA等遺傳因素的影響(實驗環境),又受後天的生存環境影響(環境系統),只有把這兩都統一起來,才能確定一個人的性格為什麼會變成現在這樣。

還有其它一些有趣的東西,像量子糾纏,量子退散等。

量子力學真的很神奇,研究起來還是挺有意思的,不過我知識真的太少了,向各位讀者道個歉。

註:所有圖片均來自於網絡

【本文由「史路士絲」發布,2017年09月18日】

相關焦點

  • 量子力學迫使上帝擲骰子?愛因斯坦:上帝才不帶這樣玩
    牛頓力學建立之前,人們對客觀世界的認識還處於半迷信半理性化的困境。在牛頓以前,神學依舊佔據著西方的主流價值觀,但同時又流行起來了愈來愈多的理性派,他們試圖用科學理性的思維來認識世界,而不是一昧的篤信上帝。這典型的代表便是哥白尼,伽利略,克卜勒。
  • 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
    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?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?
  • 人類的量子信息革命:上帝擲骰子嗎?
    2020年科學新年演講主持人、對外經貿大學紅天講席教授高西慶在開場中介紹道。潘建偉教授的演講以「從愛因斯坦的好奇心到量子信息革命」為題,回顧了20世紀初量子力學誕生之初愛因斯坦與玻爾的世紀辯論:上帝擲骰子嗎?經典力學告訴我們:一旦確定了初始狀態,所有粒子未來的運動狀態原理上都是可以被精確預言。
  • 有書快看 | 上帝擲骰子嗎?豆瓣9.3分的量子力學科普書
    今天有書君想要分享給大家的一本書,書名很有意思啊,叫做《上帝擲骰子嗎》,啥意思呢,這上帝就這麼沒正形嗎,關乎人間大事的決定,要擲骰子? 其實作者起這個名字是有根據的,偉大的科學家愛因斯坦曾經撂下過一句話:「上帝是不擲骰子的!」這句話源於愛因斯坦與物理學家波爾關於量子力學的長期爭論。用量子力學的角度來看,這個世界上的一切,都是因為隨機、無序、偶然而出現的。不過這個理論可就令終身都在追求真相的科學家們感到尷尬了。
  • 上帝擲不擲骰子?
    「上帝不擲骰子」「量子力學是很酷炫。可內心的聲音告訴我,它並非真實之物。這理論說了一大堆,但並沒有真的帶領我們更加接近『老頭兒』(上帝)的秘密。無論如何,我都確信,上帝不擲骰子。」(Quantum mechanics is certainly imposing.
  • 《上帝擲骰子嗎——量子物理史話》了解量子物理發展史
    《上帝擲骰子嗎》是2006年01月01日遼寧教育出版社出版的圖書,作者是曹天元。本書主要通過講述量子物理的發展史,簡單的帶我們了解基本的量子物理知識。量子論是一個極為奇妙的理論:從物理角度來說,它在科學家中間引起了最為激烈的爭議和關注;從現實角度來說,它給我們的社會帶來了無與倫比的變化和進步;從科學史角度來說,也幾乎沒有哪段歷史比量子論的創立得到了更為徹底的研究。然而不可思議的是,它的基本觀點和假說至今沒有滲透到大眾的意識中去,這無疑又給它增添了一道神秘的光環。
  • 為什麼量子力學要用概率波描述粒子?上帝真的擲骰子嗎?
    科學認識君的《通俗物理100課》系列【第三課:上帝擲骰子嗎?】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。量子力學中有太多違背常識的地方。
  • 愛因斯坦為什麼相信上帝不會擲骰子,量子力學是否真正隨機?
    這次會議最引人矚目的便是愛因斯坦和玻爾關於量子力學的本質解釋爭論。愛因斯坦也提出了「上帝並不會擲骰子」的言論反對量子力學的隨機論。接下來正文就開始了,為了便於大家理解,筆者採用循序漸進的敘述方式。當你看見一輛汽車在公路上高速行駛時,你只需知道汽車的速度和方向,就可以計算出這輛汽車在下一時刻出現在哪裡。
  • 愛因斯坦為什麼要說「上帝不擲骰子」,他發現了什麼?
    不用懷疑,這個人一定是個騙子,就像是前一段大火的「量子波動速度」,總有一些人用「量子」的名義去做一些不科學的事情。在五屆索爾維物理會議上,愛因斯坦和波爾進行了多次的討論,他一直對哥本哈根詮釋不夠滿意,以至於說出了著名的:「上帝是不擲骰子的!」
  • 為什麼量子力學要用概率波描述粒子?「上帝真的擲骰子嗎?」
    (加微信:yzts111111,拉你進微信群,一起探索宇宙奧秘)或許你聽過這樣的話「如果初學者第一次接觸量子力學當第一次聽到既是波又是粒子的光子,我深深感受到量子力學滿滿的惡意。畢竟這種思維太「邪乎」了。隨著學習的深入,我慢慢地將這種反常識的思維當做了量子力學的常態。喜歡科普讀物的讀者一定知道《上帝擲骰子嗎》這本書?從字面上看,中心思想指的是微觀世界那「飄忽不定」的粒子運動。
  • 兩位華人物理學家的偉大貢獻,上帝不僅擲骰子,還是一個左撇子
    如何說哪種理論對於傳統物理學的顛覆最大,那肯定非量子力學莫屬了,量子力學的不確定性先是提出了上帝是擲骰子的,後來量子力學中微觀粒子在弱力中不守恆的現象有又證明了上帝是一個左撇子,上帝是否擲骰子?其實是愛因斯坦與玻爾這兩位物理大師關於微觀粒子不確定性的一場世紀大辯論,本質上量子力學概率論與經典物理決定論的一場生死對決,而上帝是左撇子則相對平靜,沒有擲骰子戰爭那樣濃重的硝煙,有趣的是:上帝是左撇子還是由兩位華人物理學家提出的,接下來,我們一起了解一下:為何上帝是一位左撇子呢?
  • 一組關於量子理論的名句;上帝不會擲骰子等
    量子論和相對論的誕生,使整個物理學面貌為之一新。人類對宇宙的認識登上了一個新的高度。相對論探索的宇宙宏觀的規律,量子論研究的是宇宙微觀的規律;但迄今為止,人類還沒有一種理論將兩種理論統一起來。以下一組關於量子理論的極有趣的看法。(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。
  • 科學的盡頭是神學?為什麼連愛因斯坦都認為一切都是設計好的?
    晚年的愛因斯坦並沒有發現任何奇怪的事情,他一直在鑽研終極理論,而不是神學,只不過他一直到去世之前,也沒有找到終極真理。不過,這句話也算是瞎貓碰上死耗子。這是因為愛因斯坦曾經說過:上帝不擲骰子。這句話和一切都是安排好的異曲同工。這句話起先是他用來反駁以波爾為首的量子力學哥本哈根學派的不確定性的「觀點」。這裡的上帝指的其實是最終的真理。
  • 確定性的喪失:量子力學的測不準原理丨上帝確實是在擲骰子
    上帝不會擲骰子 ——愛因斯坦微觀粒子世界具有不確定性>對於量子力學的最初印象,相信很多人是由於愛因斯坦的這句話。作為20世紀最偉大的物理學家,愛因斯坦對於量子世界的不確定性是極度抵制的,因為這與他內心深處的宇宙決定論思想格格不入。然而,量子力學的發展軌跡,並沒有因為愛因斯坦的反對而改變方向,而是在不確定性的道路上徑直地走了下去……作為現代物理學的兩大基本支柱之一,量子力學對現代科學、生活的影響是方方面面的。
  • 上帝到底擲不擲骰子?
    必然還是偶然,這也是一個問題!早在二十世紀前期,科學界就因這個問題「大打出手」,一方是以愛因斯坦為代表的「必然派」,一方是以量子力學為武器的「偶然派」。牛頓等科學家構建了經典物理學大廈,在宏觀物理界有著不可動搖的地位。
  • 愛因斯坦錯了——我們的世界裡上帝不擲骰子!
    愛因斯坦的這四篇文章闡發的科學理論,放在當時,哪一篇都可以獲得諾貝爾物理學獎了。加上1915年發布的廣義相對論論文,頒發五次諾獎給愛因斯坦都當之無愧。尤其是, 廣義相對論幾乎是愛因斯坦一個人獨自完成的理論創造。同時,愛因斯坦還是和普朗克、波爾同時期的量子物理的創始人。20世紀物理學界最偉大的成就是量子力學。量子通訊、雷射、導航等等科技都是建立在在量子力學的理論上的。
  • 上帝所擲骰子的結果也是隨機的嗎
    當上帝在擲骰子時的結果難道也會是隨機的嗎?「上帝不會擲骰子」是著名物理學家愛因斯坦的名言。人們把這句名言當做他斷然否定量子力學的證據,因為量子力學把隨機性看作是物理世界的內稟性質。那麼量子力學到底是個什麼學問?
  • 用最簡單的語言解釋「波粒二象性」,量子力學其實並不神秘!
    量子力學是物理中的神學,上帝究竟是依靠大量的擲骰子來制定了人世準則,還是早就制定好了一切的宿命呢?想要了解量子力學就要知道三個最關鍵也是入門的概念,「雙縫實驗」「薛丁格的貓」「波粒二象性」,今天我們就來討論一下「波粒二象性」,用通俗簡單的語言給大家解釋下為什麼都說量子力學是物理學中最不確定的因素呢傳統物理和量子物理之間最大的分歧就是「確定」「不確定」,愛因斯坦不相信一切事情的規律都是按照概率來發生,這似乎改變我們對傳統科學的認知,讓物理變得不再嚴謹,「波粒二象性
  • 科學家為什麼說量子力學是在擲骰子呢?它打破了決定論
    但是普朗克發現能量的傳輸並不是連續的,而是有一個最小單位,這就是量子。隨著量子論的不斷發展,這門學科展現出了越來越多的讓人匪夷所思的性質。而且和以前不同的是,很多物理性質是通過數學推導才發現的。一般認為只有先掌握了物量的定義,然後才能在這些物理量之間建立數學關係。
  • 上帝到底會不會擲骰子?愛因斯坦VS波爾、海森堡,誰對誰錯呢?
    21世紀的物理的兩大支柱學科——相對論和量子力學代表了最前沿的學科,是科技進步的動力。兩大學科研究的方向既有相同的,也有不同的,相同的都是研究這個世界的本質,不同的他們都走了兩個大極端,相對論研究「大的、快的」東西,而量子力學研究的是「小」的東西。按照道理他們不應該有衝突,但是在世界本質上他們學科代表大神卻對此有不同的見解,他們討論的是「上帝擲or不擲骰子」。