牛頓力學和量子力學究竟告訴了我們什麼?

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牛頓力學告訴我們宇宙萬物符合著同樣的物理定律,即牛頓三定律。天體運動和蘋果落地都是完全有引力帶來的結果。牛頓力學屬於經典力學,除了最早期的牛頓力學以外,經典力學還包括後續的拉格朗日力學,哈密頓力學等。經典力學的數學模型中,時空背景為最簡單的歐幾里得幾何(歐式幾何),空間是歐氏幾何裡的三維空間,時間是另外一個和空間維完全獨立的維度。物質是無限小且具有質量的質點,或者是有限體積的質點集合(剛體,流體),或者是遍佈全空間無限體積的質點集合(場)。質點(們)在空間中的運動符合伽利略變換。相對論和量子力學誕生以後,人類發現牛頓力學乃至整個經典力學,只在“宏觀低速”的情況下適用。

量子力學是“微觀低速”下適用的物理學,即微觀世界有著和宏觀世界不一樣的物理定律,而且宏觀世界的經典物理學是微觀世界量子力學的宏觀近似。在量子力學的數學模型中,時空背景和經典力學一樣,還是最簡單的歐幾里得幾何,物質運動還是符合伽利略變換,但物質本身卻不再是質點或者質點的集合,而是每一個量子(如基本粒子或原子)都要用分佈在全空間(或局域空間)的波函數來描述。量子力學揭示了真實的物質不是隻具備粒子性的質點,而是同時具有波動性的,分佈在全空間的波。

此外,牛頓力學是完全確定的演化,不存在隨機性。儘管量子力學的薛定諤方程式也是確定性演化,但是量子力學因為有量子測量的隨機性,使得這個世界在微觀上會不斷地輸出隨機性,這種隨機性在測量之前可以通過退相干放大到宏觀世界,使得我們的宏觀世界充滿了隨機性,大到星系的誕生,小到生命起源,無一不歸根於這種量子隨機性。


九維空間

牛頓說是站在巨人的肩膀上,這句話沒錯,牛頓根據無數前輩物理學家,數學家的經驗總結出來宏觀物理學的基石。他告訴我們宏觀物理學所以的運動都是有規律的,符合一套完整邏輯完整的科學體系。但是這套規律也是有他侷限性的,有些人說牛頓晚年篤信基督教,其實不對,牛頓本身就是狂信徒,那個時代好像科學家研究科學其實是為了證明上帝的存在,牛頓的經典力學體系發現世界一切都是按照這個規律存在根本不存在偶然和概率,就如同你拋一個硬幣如果你掌握所以信息這個硬幣落地正反面根本不是隨機的,世界一切皆是定數!直到出現了量子力學!!量子力學告訴了我們在量子狀態下是隨機的是測不準的,你知道他的速度就無法知道他的質量反之依然,!其實相對論應該算是牛頓物理學更往前一步,告訴我們萬有引力是因為質量引起空間扭曲才產生了引力,沒有絕對的參照系只要光速是絕對的等等,但是現在量子力學不在這個體系下,因為量子力學大家誰也沒弄懂!


依然那長風

牛頓力學告訴我們未來是可以預測的,牛頓力學是以牛頓運動規律和萬有引力定律為基礎的,研究速度遠低於光速的物體,屬於經典力學的範疇!


只要你給我足夠的條件,比如一個物體的運動速度和受力情況,我會告訴下一秒物體會是怎樣的,這樣推出去,只要你給我一個物體裡所有粒子的情況,那麼這個物體之後所會發生的一切都是可以知道的,這就是之前物理學家對世界的認識,認為物理的大廈已經建起來了,剩下的就是一些修飾工作了!
但是量子力學把這座大廈給推倒了,量子力學告訴我們微觀粒子的運動狀態是不測的,也就是海森堡測不準原理,粒子的運動是一種概率雲,現在我們不能再對這個世界隨心所欲地猜測了!


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