量子講堂第十三期：從薛定諤方程到薛定諤的貓，薛定諤親手創建的這兩件東西，第一件東西顛覆了經典物理學，第二件東西則顛覆了整個宏觀世界
說起薛定諤，可能大家第一時間想到的就是那隻讓整個世界都為之瘋狂的薛定諤的貓，但薛定諤的貓僅僅是一個思想實驗而已。作為一位偉大的物理學家，薛定諤對於物理學、尤其是量子物理學最大的貢獻就是創建了薛定諤波動方程，如果說普朗克提出量子概念是量子力學的開端，那麼薛定諤波動方程則是將量子力學上升到了一個全新的高度，這篇文章就重點和大家聊一聊薛定諤波動方程。
量子力學最初的困境
量子力學是描述微觀粒子的物理學分支，在量子力學創建之初，雖然微觀粒子展現了很多不可思議的特性，但物理學家還只能使用傳統經典力學的方法去解釋微觀粒子，例如玻爾提出的原子模型，雖然玻爾在其中加入了量子化的概念（電子躍遷），但始終無法跳出經典力學的限制，所以物理學家稱玻爾的原子模型是：半量子、半經典的，這種侷限導致微觀粒子的行為無法得到合理的解釋，那時的量子力學急需納入一套全新的量子力學理論去解釋微觀粒子系統，物理學家海森堡曾經創建了算法極其複雜的矩陣力學來解釋微觀粒子現象，但海森堡的矩陣力學的基礎是不連續的粒子性，而且算法極其複雜，是一種極為繁瑣的超級代數方法，所以矩陣力學在當時引起的反響並不大。
薛定諤波動方程的創建
薛定諤創建的波動方程與海森堡的矩陣力學不同，薛定諤波動方程的基礎是源於變分法與德布羅意公式，即一種非相對論性的波動方程（什麼是非相對論性這裡就不過多解釋了），與海森堡的矩陣力學相反，薛定諤波動方程是將微觀粒子視為一種波的基礎上創建的，而且薛定諤波動方程的表達式要比矩陣力學簡單的多，它可以很好的解釋微觀粒子系統，其意義就像在宏觀世界中的經典力學那樣重要，薛定諤因為提出薛定諤波動方程而轟動了整個物理學界，愛因斯坦稱讚薛定諤的波動方程源於天才的靈感，但實際上：海森堡的矩陣力學與薛定諤的波動方程後經證明，兩者在數學上是等價的，只不過是兩種不同的表達方式而已。
薛定諤波動方程引發物理學的變革
雖然薛定諤的波動方程（波函數）可以解釋微觀粒子行為，但如何定義波函數的物理意義成為了一個難點，波函數到底是表達微觀粒子的速度、頻率還是密度？薛定諤給出的解釋出是：波，只有波才是唯一的實在，薛定諤認為波函數是一個空間分佈函數，代表著微觀粒子在空間中的實際分佈，微觀粒子是一種波，這種波像雲霧一般的彌散在空間中，波函數就是描述這種微觀粒子行為的本徵函數。
薛定諤波動方程引發的論題：上帝到底擲不擲骰子？
雖然薛定諤的這個空間分佈模型可以完美的波函數的物理意義，但哥本哈根學派的物理學家波恩卻給出了一種截然不同的解釋，波恩認為波函數是完美的，但空間分佈模型並不是波函數的本來面目，波函數的背後其實蘊含著一顆骰子，骰子？波恩所說的骰子並不是傳統意義上的骰子，而是一種計算骰子的概率，波恩認為波函數並不是薛定諤認為的空間分佈，微觀粒子不會像波一樣在空間中彌散，波函數實際上就是一種隨機的概率，它代表了微觀粒子在某一位置出現的概率，眾多概率的震動疊加組成了一個概率波，並且這種概率波嚴格按照波函數發展。
什麼？概率？隨機？不不，這種概率並不應該出現在最嚴格、最精準的物理學當中，科學的本質不就是要使用規律去解釋萬物嗎？難道上帝是依靠不停的擲骰子的方式來統治世界的？這簡直太荒謬了，可想可知，波恩的概率解釋一經問世，立即在物理學界炸開了鍋，愛因斯坦、德布羅意等物理家表示堅決反對，就連創建波函數的薛定諤都無法理解這種概率解釋，後來薛定諤為了反駁這種概率解釋，提出了另一個震驚世界的思想實驗：薛定諤的貓，薛定諤的貓被薛定諤稱為是惡魔般的裝置，它將微觀的量子效應應用到宏觀世界中來，那隻又死又活的貓引發了整個物理學界的激烈討論。
關於薛定諤的貓，由於文章篇幅多長，這裡就不能給大家過多介紹了，在以後的文章中會有講解，如果喜歡量子力學，請關注我哦。
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