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为什么物理学家费曼说,世界上没有人懂得量子

发布时间:2020-07-02   来源:baidu.com
 

费曼是20世纪最杰出的物理学家之一,参与了曼哈顿计划。(也就是美国原子弹的研制)同时,也获得了诺贝尔物理学奖,而他主要成就是集中在量子力学中。他曾经给大学本科生授课,这门课程的内容后来被整理成书,这本书就叫做《费曼物理学讲义》,是如今最畅销的大学物理学教材。

其实,有类似的想法的不止费曼一个物理学家,有很多物理学家说过。比如:量子力学的奠基人,哥本哈根学派的领袖波尔就曾说过:

之所以他们有这样的困惑,本质上是因为量子力学其实是描述微观世界的物理学现象的理论,他们并非对理论感到困惑,而是对于微观世界的离奇现象感到困惑。

由于篇幅关系,我们在这里就不具体讲这个实验到底是咋回事了。我们就说说这个实验另科学家十分困惑的地方是什么。简单来说就是:这个实验有观测者和没有观测者最终得到的实验结果是不同的。

具体来说是这样的,在这个实验中,光子或者电子通过双缝之后会在屏幕上成像,如果什么都不管不顾,就会出现干涉条纹。

但是如果你在实验装置上加一个探测器,观测电子或者光子是如何通过双缝时,就会出现完全不同的实验结果。是不是神奇?一开始科学家还不信,经过多次反复的实验,这个结果始终就是这样的。也就是说,一个普普通通的物理学实验,最终把观测者卷入到其中,你说诡不诡异?

无论实验是什么样子,对于理论物理学家来说就是要用理论对其进行描述。在上世纪20年代前后,海森堡提出了矩阵力学来描述,薛定谔提出了薛定谔的波动方程来描述。后来,狄拉克从数学上证明了两者是等价的。实际上,到了海森堡,薛定谔和狄拉克已经是第三代量子力学的科学家,在之前此,第一代是普朗克,爱因斯坦;第二代是波尔,索末菲,波恩;除此之外还有泡利,德布罗意等人。

这帮人不光是在研究理论,他们还吵了起来,分成了两派。一派是波尔领衔的哥本哈根学派,主力干将就有海森堡,泡利等人。另一派来头也很大,爱因斯坦领衔,主力干将有薛定谔,德布罗意等人。

说白了,他们就是在争“这个不确定性”。海森堡提出了不确定性原理,描述了微观世界的物理现象。他认为,我们没办法同时测量到微观粒子的位置和动量的信息,测了一个,另一个就不准了。那这个该如何理解呢?

我们来举个例子,就拿氢原子模型来说,我们传统意义上认为电子是绕着原子核在转的,这类似于地球绕着太阳转。

但海森堡认为,所谓的“轨道”其实是假想出来的,并不存在,还不够存粹。他基于当时的实验现象,提出不确定性原理,用这理论来描述电子的运动。具体来说,就是利用“概率”来描述。电子可以出现在下面任意的位置,只不过每个位置的概率不同,因此,可以用电子云来描述。

这种“不确定性”是爱因斯坦无法解释的,他曾经在和波尔的论战中就说到:上帝不掷骰子。

无论是爱因斯坦,还是薛定谔都认为量子力学所描述的微观世界是不够完备的。他们其实都在试图证明量子力学的不完备性。爱因斯坦认为,存在着一个最终极的可观的真理,而不是像量子力学所描述的“不确定性”。而爱因斯坦的整个后半生,基本上都在试图证明量子力学的不完备性和试图提出终极理论,但他都没有做成,随着后续的实验,最终的结果都偏向于波尔所领衔的量子力学哥本哈根学派的观点。

实际上,我们无法理解量子力学的一个很重大的原因是我们无法换位思考。微观世界的物理学现象和我们所处的宏观低速的世界实在太不同了。这其实和我们无法理解相对论是一回事。我们所处的是低速和弱引力场的世界,而相对论描述的确实大尺度,高速,强引力场的世界。这种时空的巨大差异,导致我们无法理解,所以,说白了,这是尺度造成的。

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