在量子力學中,量子形式的波會在更高維空間裡傳播

2021-01-15 犇羴驫採光好

量子科學是個陌生的概念,對此更多的還是在學習過程中去接觸。在本文中,我將與大家談一談量子科學的起源、核心思想及當前解讀,希望能對在網際網路上了解到量子科學的夥伴有所幫助。

回憶一下,1927年麥克斯韋在未畢業的學生們中驚然驚覺,「量子力學是一個神秘的極限數學問題,它裡面蘊含著智慧和美,於是德國物理學家威爾特伯格將其稱為難以捉摸的數學問題」,反對麥克斯韋一派的是德國化學家施普林格。

將量子理論應用到經典物理裡面,於是固體物理學家施普林格徹底改變經典理論的模型,將量子理論和經典力學緊密結合起來,並發表於1945年。1950年代,電子管誕生,固體物理也緊接著誕生,同時哥白尼和奧本海默的x射線(希格斯粒子)理論進一步成熟,量子理論進入了經典理論的推斷階段。

1950年,法國物理學家laguerre在倫敦召開了人類歷史上最盛大的量子理論學術論壇,成千上萬的物理學家以及數千名可愛的學生聚集在一起,討論電子在雷射中的不確定性關係和量子力學在當時極其不成熟的應用;德國量子場論的提出則標誌著量子力學從經典物理邁向了量子物理。

公認經典物理發展歷史最為悠久的數學理論是洛克-卡森不等式,1925年由安德烈·洛克提出。經典力學直到1945年希格斯提出量子理論才完成了自己的歷史使命,大概是一百年之後,物理學進入了它的新時代。量子力學對一些偉大的物理學家不算陌生,早在20世紀30年代,愛因斯坦就在1935年的諾貝爾物理學獎頒給了科普林格的學生卡森。

大家可能都聽說過,在1955年卡森在諾貝爾獎頒獎典禮上,這樣表達他的諾貝爾物理學獎獲得者地位:「我提出並證明了從沒有公認的量子力學而直到1955年才被人們發現的幾個有趣問題。」他被提名的另一個諾貝爾物理學獎的獲得者則是狄拉克。在接下來的歲月中,具有爭議性的量子力學理論有兩個。

一個是三體問題的量子解,這個問題於1960年由愛因斯坦提出,被稱為拓撲不變量子問題。1966年,牛頓和狄拉克推出了費米佯謬。1978年在一場科學辯論上獲勝。另一個問題則是波粒二象性問題,這個問題於1967年由德國物理學家李政道提出,其假設為:是一個三維空間裡的物體,在量子力學中,量子形式的波會在更高維空間裡傳播,在這些更高維空間裡,波的傳播延續的速度就會變慢。

也就是說,量子的運動速度,不僅取決於處於空間裡的某個位置,而且在某些空間裡,速度甚至更慢。李政道因此提出了拓撲不變量子問題。不過,由於其中的量子理論可能是錯誤的,導致了1978年10月3日的薛丁格貓事件。

相關焦點

  • 量子力學筆記13---矩陣力學
    顧名思義,表現形式的空間。波函數描述量子力學態,而具體的數學形式總是有個變量的,這個變量是坐標 x,則在坐標表象下,這個變量是動量 p 則是在動量表象下。說的物理點,量子力學態由誰的基矢展開,就是處於誰的表象下。有些量子力學態用位置 x 描述方便討論問題,而有些用動量 p 方便,所以可以選擇不同的表象。量子體系的波函數還可以選用坐標 x 和動量 p 以外的其他變量,從而構成更多的表象。
  • 量子力學
    數學公式在由保羅·狄拉克、戴維·希爾伯特、 約翰·馮·諾依曼、 還有赫爾曼·外爾發展的量子力學的嚴謹數學表述中, 量子力學系統的可能狀態是被符號化的, 作為單位矢量(稱為 態矢)中。形式上,它們位於復可分希爾伯特空間中 –該空間被稱為系統的態矢空間或關聯希爾伯特空間  –可被良好定義複數範數為1(相位因子)。
  • 量子力學裡那隻半死不活的「貓」把你搞蒙圈了嗎?
    量子力學三個重要現象:量子糾纏、量子疊加和量子塌縮。其中一個很出名的設想:薛丁格的貓,在量子世界裡,當盒子處於關閉狀態,整個系統則一直保持不確定性的波態,即貓半死不活,生死狀態疊加,這就是量子疊加即不確定性原理。
  • 打破谷歌量子霸權!一文看懂什麼是量子力學
    但是,波就不一樣了,波在通過極窄的縫隙時,會形成「衍射」現象。也就是波在通過極窄縫隙的時候,不會按照直線傳播,而是會繞過障礙物,形成衍射效應。而光作為一種波,也存在衍射效應。比如說,從我們現在三維空間來說,一個立方體裡可以有限多個平面,一個平面也可以有無限多個線段。也就是說,假如存在一個更高維度的空間,比如四維空間(不包括時間),那麼理論上四維空間是允許存在無窮多個三維宇宙。假如三維宇宙是可以無窮多個,那麼多世界解釋是有可能的。
  • 量子力學裡的「波函數坍塌」是由於人的意識導致的嗎?
    有一幫人老喜歡將量子力學神秘化,這不又有人提出一個這樣的問題:量子物理中,「意識」導致波函數坍縮,這裡「意識」到底指什麼?量子物理中,沒有這樣的說法。這是一個神神叨叨的話題,說這種話的人連量子物理一根毛都不知道,卻硬要不懂裝懂大言不慚憑空臆斷,把自己那一套神鬼玄說往裡套,因此純屬扯淡。「意識」導致波函數坍塌這是誰說的?量子力學大師們波爾、狄拉克、海森堡、泡利說過嗎?沒有。曾經與上述幾位大師為代表的哥本哈根派對著幹的愛因斯坦、薛丁格說過嗎?也沒有。那麼是誰說過呢?
  • 中國科學家巧設實驗詮釋量子力學波函數真實存在
    新華社北京2月22日電題:「你在或不在,我就在這裡」——中國科學家巧設實驗詮釋量子力學波函數真實存在  新華社記者餘曉潔  量子力學是與相對論比肩的20世紀偉大的科學發現,催生了諸如雷射、半導體、核能等高新技術。
  • 關於量子力學的基本原理
    1925年6月,海森堡在論文《運動學與力學關係的量子理論重新詮釋》裡提出矩陣力學。他找到位置與動量的一種表示,並由之正確地預測光譜實驗觀測結果,建造一個新理論。在閱讀了海森堡的論文之後,玻恩看出,海森堡的數學運算原來就是他在學生時代學到的矩陣微積分,矩陣力學終於由海森堡、玻恩和約當於1925年完成。矩陣力學是量子力學的第一種自成體系且邏輯一貫的離散形式表述。
  • 「你在或不在,我就在這裡」——中國科學家巧設實驗詮釋量子力學波...
    新華社北京2月22日電  題:「你在或不在,我就在這裡」——中國科學家巧設實驗詮釋量子力學波函數真實存在  新華社記者餘曉潔  量子力學是與相對論比肩的20世紀偉大的科學發現,催生了諸如雷射、半導體、核能等高新技術。
  • ...我就在這裡」——中國科學家巧設實驗詮釋量子力學波函數真實...
    新華社北京2月22日電  題:「你在或不在,我就在這裡」——中國科學家巧設實驗詮釋量子力學波函數真實存在  新華社記者餘曉潔  量子力學是與相對論比肩的20世紀偉大的科學發現,催生了諸如雷射、半導體、核能等高新技術。
  • 你知道固體中的電子也有幾何結構嗎?在量子力學中以波的形式存在
    對象幾何圖形指示其形狀或其各部分之間的關係,你知道固體中的電子也有幾何結構嗎?在量子力學中,固體中的電子以周期性波的形式存在,因此周期電子態,即所謂的布洛赫態,可以通過指定其能量和與其波數成正比的晶體動量來表徵。電子的能量和晶動量之間的關係稱為固體能帶結構。
  • 你知道固體中的電子也有幾何結構嗎?在量子力學中以波的形式存在
    對象幾何圖形指示其形狀或其各部分之間的關係,你知道固體中的電子也有幾何結構嗎?在量子力學中,固體中的電子以周期性波的形式存在,因此周期電子態,即所謂的布洛赫態,可以通過指定其能量和與其波數成正比的晶體動量來表徵。電子的能量和晶動量之間的關係稱為固體能帶結構。對於固體中的電子,布洛赫態的Berry曲率和量子度規起著幾何學中物體曲率和距離的作用。
  • 看美劇學知識:科幻美劇中的量子力學
    ,之所以備受青睞,源於量子力學自身與宏觀世界的「矛盾」以及其內核中散發出來的哲學意味,用我們常說的話來講,量子力學對於普通人來說更像是「玄學」。我們都知道,電子是構成物質的基礎之一,如果電子是波的話,那麼我們周圍的所有物質,包括你手裡正拿著的手機,甚至你這個人,都是波嗎?顯然不是,不僅我們不是波,連組成我們的細胞、蛋白質還有再往小裡去的分子都不是波,它們也沒有表現出波的特徵,但偏偏到了電子的尺度就表現出波的特徵了。
  • 什麼是量子力學?| 曹則賢
    本文將系統地解釋什麼是量子(quantum)、什麼是力學(mechanics),在對量子力學創建過程的回顧中講述構成量子力學的具體內容,然後會介紹幾例量子力學帶來的新技術。量子力學從來都不是什麼革命,它只是經典物理學自然的、邏輯的延續。量子力學一如物理學的其它分支,都是人類思想智慧的結晶。量子力學,還有相對論,這些百多年前的頭腦風暴,今天應該成為受教育者的知識標配。
  • ...我就在這裡」——中國科學家巧設實驗詮釋量子力學波函數真實存在
    新華社北京2月22日電題:「你在或不在,我就在這裡」——中國科學家巧設實驗詮釋量子力學波函數真實存在  新華社記者餘曉潔  量子力學是與相對論比肩的20世紀偉大的科學發現,催生了諸如雷射、半導體、核能等高新技術。
  • 關於量子力學的基本原理 | 鄭偉謀
    1925年6月,海森堡在論文《運動學與力學關係的量子理論重新詮釋》裡提出矩陣力學。他找到位置與動量的一種表示,並由之正確地預測光譜實驗觀測結果,建造一個新理論。在閱讀了海森堡的論文之後,玻恩看出,海森堡的數學運算原來就是他在學生時代學到的矩陣微積分,矩陣力學終於由海森堡、玻恩和約當於1925年完成。矩陣力學是量子力學的第一種自成體系且邏輯一貫的離散形式表述。
  • 連接整個宇宙的量子力學
    眾所周知,量子力學很奇怪,它是超微領域的物理學,理論的核心觀點是能量不連續的光譜,它只能以一份一份的形式運行。儘管量子力學的觀點非常古怪,但它經受住了每一次實驗的檢驗。隨著我們對它有了更深入地理解,我們已經能更好地用它來解決問題,發明一系列有用的東西,如雷射和半導體等。
  • 量子力學是物理學的一場革命,例如光的行為像是擴散和連續的波!
    在18~19世紀的啟蒙運動期間,科學知識的大爆炸催生了牛頓力學、電磁學與熱力學,並向世人展示,從炮彈到鐘錶,從風暴到蒸汽火車,從擺錘到行星,只要物理學的這三個領域合力,就能成功地描繪這個世界上所有日常宏觀物體與現象的運動與行為。
  • 《量子力學史話》讀書筆記
    但德布羅意並不相信玻爾的互補原理,亦即電子同時又是粒子又是波的解釋。星系的質量造成了空間的明顯彎曲。我們的世界不可能如同愛因斯坦所夢想的那樣,既是定域的(沒有超光速信號的傳播),又是實在的(存在一個客觀獨立的世界,可以為隱變量所確定地描述)。
  • 一張量子物理圖:讓你全面認知量子力學
    然後是對能量進行量子化,這就像電子這樣的物體只能具有確定的能量的地方,這是量子力學中量子這個名稱的起源。而量子化是因為它們的波函數只能以某些特定的方式振動,這也意味著量子總是具有最小量的能量,稱為零點能量。這不僅適用於原子中的電子,甚至適用於真空的空間。現在,繼續看一下量子系統所具有的量子現象的特徵。量子力學中的粒子具有許多上面提到的特性。如位置和動力,還有許多其它特性。
  • 凌復華:馮·諾依曼在量子力學領域的貢獻
    在這本書中,作者通過探索量子力學的數學結構,可以獲得對量子物理學的深入洞見.他首先介紹了埃爾米特算符和希爾伯特空間理論,它們提供了轉換理論的框架,馮·諾依曼將其視為量子力學的確定形式.應用這一理論,他用嚴謹的數學來應對量子理論中的一些普遍問題,如量子統計力學以及測量過程.