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】