怎樣形象地理解量子力學中違反“常識”的理論?

首先聲明一下,沒有以下兩種能力的人請繞道,本文拒絕這兩類人的評論。

1.沒有跳躍性思維能力的人。因為量子力學本身最基本的思想就是不連續,普朗克最先提出“量子”這一概念時,為了解釋黑體輻射而顛覆傳統的將以前大家一直認為“能量是連續變化的”假設改變成了“能量是一份份的”假設,量子一詞相當於“能量粒子”的簡稱。如果沒有跳躍性思維的人,從根本上就無法理解模擬信號到數字信號的轉變,談何理解“量子”這一理論?

2.不能拋棄“因果論”的人。量子力學是在微觀角度解釋具有量子特性的粒子的理論,量子力學中概率的引入和不確定性摧毀了經典(宏觀)世界的因果性,它讓“不死不活”的貓可以存在於量子世界。,而不能拋棄“因果論”的人往往只會以“非黑即白”來看待世界,以結果來返推前因,用這種思維來看待量子力學,如何能看得明白?但是這些人往往能以“嚴密的”邏輯來論證量子力學的錯誤。

怎樣形象地理解量子力學中違反“常識”的理論?

相愛殺的玻爾和愛因斯坦

量子力學從其創立之初,就拌隨著諸多爭議。數學物理學家,與霍金一起提出並證明了引力奇點的羅傑·彭羅斯,曾嘲笑道:“對量子力學有許多不同的態度,這些態度數量之多,恐怕比量子物理學家的數量還多。這並不矛盾,因為許多量子物理學家同時持有多種不同的觀點。”

在眾多學派當中,量子力學的哥本哈根詮釋逐漸獲得了大部分量子物理學家的認同。

量子力學的哥本哈根詮釋包含了幾個重要的觀點。

1.一個量子系統的量子態可以用波函數來完全地表述。波函數代表一個觀察者對於量子系統所知道的全部信息。

2.按照玻恩定則,量子系統的描述是概率性的。一個事件的概率是波函數的絕對值平方。(馬克斯·玻恩)

3.不確定性原理闡明,在量子系統裡,一個粒子的位置和動量無法同時被確定。(海森堡)

4.物質具有波粒二象性;根據互補原理,一個實驗可以展示出物質的粒子行為,或波動行為;但不能同時展示出兩種行為。(尼爾斯·玻爾)

5.測量儀器是經典儀器,只能測量經典性質,像位置,動量等等。

6.對應原理:大尺度宏觀系統的量子物理行為應該近似於經典行為。(尼爾斯·玻爾與海森堡)

怎樣形象地理解量子力學中違反“常識”的理論?

量子力學的哥本哈根詮釋

哥本哈根詮釋歸納起來有三個核心:玻恩的概率解釋、海森堡的不確定性原理、玻爾的互補原理。這三大核心原理合力摧毀了我們對世界的認知:前兩者合力摧毀了經典世界的因果性,後兩者合力搗毀了世界的客觀性。

而大部分不能理解這三大原理的人,要麼認為量子力學是瞎扯的,要麼無限擴大其定義域,將量子力學推廣到生物學用來解釋靈魂和穿牆術等神術,更發展出平行宇宙等等一系列超出量子微觀角度的“玄學”來。

我們用一個簡單的現象來理解哥本哈根詮釋。

一個硬幣一般情況下它的狀態,我們認為它要麼是正面,要麼是反面,這是很明確的。但是,有一種情況,它的狀態是不明確的,這種情況就是當它在旋轉的時候,我們是不知道它是正面還是反面的。

怎樣形象地理解量子力學中違反“常識”的理論?

這種狀態,我們認為它是量子狀態(我們用硬幣代替粒子,實際上在宏觀世界這不是量子態)。這時,可以用一個波函數來描述它的狀態,也即用這個波函數來描述硬幣在旋轉時正面和反面的概率。但是,當我們想去測量清楚它到底是正面還是反面時,我們就必須將硬幣摁倒,這就破壞了硬幣正在旋轉的這種量子態,也就是它的波函數坍縮了。

而在硬幣旋轉的時候,硬幣就處於正面和反面的疊加態,或者說它即表現出是正面,又表現出是反面,這就類似於量子表現出波動性和粒子性一樣。

如果你不能理解量子的這幾種基本的性質,那麼量子力學所有理論你就最好不要評論了。

怎樣形象地理解量子力學中違反“常識”的理論?

到目前為止量子力學只適用於微觀世界


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