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上帝掷骰子,是神学还是科学-量子力学小史

作者:网友 来源: 浏览次数:0 评论:
导读:量子力学(Quantum Mechanics)是研究物质世界微观粒子运动规律的物理学分支,主要研究原子、分子、凝聚态物质,以及原子核和基本粒子的结构、性质的基础理论它与相对论一起构成现代物理学的理论基础。量子力学不仅是现代物理学的基础理论之一,而且在化学等学科和许多近代技术中得到广泛应用。量子力学从根本上改变人类对物质结构及其相互作用的理解。除了广义相对论描写的引力以外,迄今所有基本相互作用均可以在量子力学的框架内描述(量子场论)。
量子力学之父普朗克​
量子力学之父普朗克​
这段时间,我在天涯上看到一个民科写了一篇文章,说量子力学不正确,越来越像神学,因为自己对物理学感习惯,同时也对历史学感兴趣,所以向各位介绍下相关的小历史
先给各位解释下量子力学
量子力学(Quantum Mechanics)是研究物质世界微观粒子运动规律的物理学分支,主要研究原子、分子、凝聚态物质,以及原子核和基本粒子的结构、性质的基础理论它与相对论一起构成现代物理学的理论基础。量子力学不仅是现代物理学的基础理论之一,而且在化学等学科和许多近代技术中得到广泛应用。量子力学从根本上改变人类对物质结构及其相互作用的理解。除了广义相对论描写的引力以外,迄今所有基本相互作用均可以在量子力学的框架内描述(量子场论)。
物理学化学其实都是实验科学,一般都是通过大量的实验取得实验数据,然后再综合整理这些实验数据,再作一些合理的解设,综合出一套数学公式,然后再提出一套理论来解释这套公式,不过到这里还只能算初步的理论,要验证理论是否正确,后期还需要再进行相关的实验来验证这套公式和理论是否正确。典型的就是牛顿的万有引力公式,就是牛大师在综合整理大量前人观察天体运行规律后得出的。
如果说我比别人看得要远一点,那是因为我站在巨人的肩上——牛顿
伽利略(1564—1642)和牛顿(1642—1727)等大师的经典物理在19世纪末期已经很完美,一系列的科技都在此基础上取得了辉煌成就。但是这个时候物理学出现了两朵乌云,一个是以太是否存在,一个是黑体辐射的“紫外灾变”。
前面说过物理学是实验科学,所以有一些合理的解设,以太就是光能在真空中传播的合理性解设,因为按经典物理学的原理,波的传播是需要物质的,而真空中没有物质,所以物理学家解设宇宙中无处不存在以太这种物质。这个解设还能解释牛大师的绝对空间等,不过后来证明这个解释是错误的,这个以后的文章再说明。
黑体辐射公式计算结果跟实验结果对比图​
黑体辐射公式计算结果跟实验结果对比图​
理想黑体可以吸收所有照射到它表面的电磁辐射,并将这些辐射转化为热辐射,其光谱特征仅与该黑体的温度有关,与黑体的材质无关。历史上记载的是说按经典物理的规则,这里面的规律整合出了两套公式,而且这两套公式都只能在各自的区域满足。最后,有一个叫普朗克的牛人弄出了“普朗克公式“完美解释了这种现象,但公式里有一个解设跟经典力学的理论完全不符合,即解设能量是量子化的。在这套公式中,普朗克提出了普朗克常数,这个常数就是量子力学的地基。
光电效应
光电效应
1905年爱因斯坦在普郎克解设的基础上提出了光量子说,很好地解释了经典物理不能解释的光电效应。
1913年,尼尔斯·玻尔在提出了以他命名的玻尔模型来解释原子,很好地解决了经典力学中卢瑟福模型不稳定的问题。
德布罗意提出了物理波的概念,并被后续的实验证明了正确。
在这段时间的量子力学,我们一般的人还算理解,但后面的量子力量对于我们普通人来说,确实越来越神奇了。
像海森堡1927年发现的“不确定性原理”,说的是两个不对易算符所表示的力学量(如坐标和动量,时间和能量等),不可能同时具有确定的测量值。其中的一个测得越准确,另一个就测得越不准确。这对于我们这些高中物理生来说,太难理解了,为啥就测不准呢?我看了一本书上是这样说的,因为我们要观察一个东西,那么就要固定他的其它状态,自然就测不准了,像如果我们要测某个微粒子的质量,那么在测试的时候,肯定就会影响到了他的速度这些,那么它原本的速度就不对了,而速度也一样,因为高速下的物体,质量是跟速度有关的,所以质量也就测不准了。至于是不是这样,以我的见识,只能呵呵了。
还有一个更神奇,就是著名的”薛定谔的猫“。怎么看都像是宗教里的我思故我在。
薛定谔的猫​
薛定谔的猫​
一个盒子里有一只猫,以及少量放射性物质。之后,有50%的概率放射性物质将会衰变并释放出毒气杀死这只猫,同时有50%的概率放射性物质不会衰变而猫将活下来。当我们打开盒子看到猫时,猫就只能是活着或者死了。
不过现在的量子力学又有进步了,提出了所谓的量子退相干来解释”薛定谔的猫“,给出的解释是观察者是受实验系统跟环境系统叠加影响的,什么意思呢?我以人来解释就是人的性格即受DNA等遗传因素的影响(实验环境),又受后天的生存环境影响(环境系统),只有把这两都统一起来,才能确定一个人的性格为什么会变成现在这样。
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