為什麼物理學家費曼說,世界上沒有人懂得量子力學?

閒雲Li


不只是費曼,玻爾,狄拉克這些量子力學的旗手都說過類似的話,量子力學就是這樣奇妙,它可以完美的處理很多細節,奇妙的量子現象只有微小的尺度上才能得到驗證,所以,我們以宏觀直覺的角度去了解量子力學,必然會覺得量子理論有很多“荒謬性”,令人難以理解,但量子力學卻偏偏能夠成功的獲得驚人的成就。

費曼當然是世上最懂量子力學的物理學家之一,他是上世紀處在愛因斯坦和霍金時期中間的明星科學家,他發明的費曼圖是量子場論中最有力的工具,實用而直觀,揭示我們所無法觀察到的基本粒子世界的深層結構。但他是一個科學頑童,科學研究對他來講,就是一場好玩的遊戲,除了物理,他還會開密碼鎖,打鼓畫畫,費曼也是一個預言家,從納米技術到量子計算機都是費曼的想法。

但目前人類對微觀世界的研究手段畢竟還是有限的,量子力學目前還是迷霧重重,人們可以很好的利用量子力學的各種理論預言,量子力學也成為從生物,化學到宇宙各項學科的基礎,目前從半導體到網絡通訊也都是建立在量子力學的應用之上。

但量子力學的一些深刻內容,我們還不知道為什麼會這樣,它們本質到底是什麼?例如量子糾纏的幽靈作用,例如量子測量的意識問題。在經典物理時代,人們可以採取因果性等常識思考,但到了量子時代,量子詮釋否認存在著獨立於觀察之外的物理實在世界,即使是費曼,愛因斯坦這些天才的科學家也只能以最謙虛的態度來講,世界上沒有人懂得量子力學。


量子實驗室



上個世紀初人類物理學兩項劃時代的理論分別是相對論和量子力學,但這兩項理論卻有一個共同點,那就是除了創始人和周邊少數人之外短時間內再沒有人能理解理論本身。

當年愛丁頓在通過實驗證明廣義相對論後有記者前來表示祝賀,但愛丁頓表示世界上只有3個人可以看懂廣義相對論。無獨有偶,量子力學的那些創始人們也都說過類似“世界上理解量子力學的人沒幾個”這種話。


鮮有人弄懂量子力學的背後其實是因為量子力學太過於顛覆且違背常理了,正如玻爾所說的“要是誰第一次聽說量子力學時沒有發火,這說明他還沒有理解量子力學” 。

量子力學研究的微觀世界和我們熟知的宏觀世界完全不同,不確定性原理和不連續性是量子世界的主流,也正因為不確定性的存在,我們永遠都無法知道微觀粒子的準確動量數據,只能用概率雲的方法去大概預測它。



費曼作為愛因斯坦之後物理學的領跑者,其發明的費曼圖和新開創的量子力學路徑積分方法使他成為了當時世界上量子力學的老大,但他本人卻認為包括自己在內的所有人都不懂量子力學,而且這並不是謙虛的表現。

而是費曼發現自己在量子力學最前沿鑽研越久就越體會到量子力學的神秘與廣博,和量子力學的未知區域相比費曼的平生所學不過是一小部分而已,所以費曼發出“沒有人懂量子力學”的聲音也就不足為奇了。


宇宙探索未解之迷


這個話題可以說老生常談了,我來試試能不能補充一些知識點,講點新意思吧。

歷史上抱怨量子力學的科學家非常之多

量子力學從它誕生開始,基本上沒有不被抱怨的時候,很多著名的科學家也常常吐槽過這倒黴的量子力學。

量子力學教皇般存在的玻爾說過,“要是誰第一次聽說量子理論時沒有發火,這說明他沒有理解意思。"詹姆斯·特雷菲爾說,科學家們首次碰到了"宇宙裡我們的大腦無法理解的一個區域"。創立量子論“不確定原理”的海森伯在回覆是不是可以想像一下,量子論中原子的模樣,他回答說:"別這麼幹。"

本貓給予的忠告是,不要試圖自學量子力學,簡稱“不自量力”。

愛因斯坦的態度

由於存在許多稀奇古怪的特點,許多物理學家不喜歡量子理論,至少不喜歡這個理論的某些方面,尤其是愛因斯坦。

這對愛因斯坦來說,具有特殊的含義,因為正是他在1905年,這個科學史上有名的奇蹟年中,極具創意的提出了,光子有時候可以表現得像粒子,有時候表現得像波——這是新物理學的核心見解。也是量子力學的奠基之作。但在量子力學真正開始蓬勃發展之時,愛因斯坦卻說出了“上帝不擲骰子”!

愛因斯坦無法忍受這樣的理論:上帝創造了一個宇宙,而裡面的有些事情卻永遠無法知道。為此愛因斯坦的後半生,幾乎都在和量子論過不去。

以至於亞伯拉罕?帕斯(AbrahamPais)在《愛因斯坦曾住在這裡》一書中這樣描述,就算1925年後,愛因斯坦改行釣魚以度過餘生,這對科學來說也沒什麼損失。

物理學大一統的情節從未改變

本貓多次強調,物理界的最高教義是大統一!無數科學家窮極一生的研究,就為了實現這個夢想,一點小小的瑕疵都不能被容忍。


量子力學最大的問題是,量子物理學在一定程度上打亂了物理學,這種情況以前是不存在的。突然之間,科學界需要有兩套規律來解釋宇宙的表現——用來解釋小世界的量子理論和用來解釋外面大宇宙的相對論。任何一個具備傳統科學素養的科學家都不會喜歡這種狀況。

一點題外話

量子力學是超出人們普遍客觀經驗的理論,就是人類第一得拋棄常識,去接受一個理論,對大多數人來說是極其困難的。

而且,量子力學以數學公式為基礎語言,不具備良好的研究生級別的數學功力的人,更是會直接雲裡霧裡。

但是量子力學確實給現代社會帶來了巨大的改變,而且必將帶來更多的改變,這是毋庸置疑的。

相信科學的力量吧!少年!


貓先生內涵科普


費曼是上個世紀愛因斯坦之後最傑出的幾位物理學家之一,他在量子力學方面的貢獻就是開創了量子力學的路徑積分方法,這是和海森堡的矩陣力學以及薛定諤的波動力學等價的量子力學的第三種形式。

費曼能夠給出量子力學的一種新形式,按理說他應該非常懂量子力學,可是費曼用自己的一句名言道出了他對量子力學的認識——我確信沒有人能夠懂量子力學(I am convinced that no one can understand quantum mechanics)。其他物理學家也有過類似的表述,量子力學的旗手玻爾就曾經說過:“如果誰不對量子力學感到困惑,說明他不懂量子力學”。中國量子通信的領軍人物潘建偉在接受記者採訪談論墨子號衛星時也曾表示過自己不懂量子力學。

無人能懂量子力學,這幾乎是物理學界的一個共識。不過需要認識到,費曼、玻爾、潘建偉等物理學家說的不懂量子力學,並不是不知道氯化鈉是什麼那樣的不懂,也並不是指他們不會寫薛定諤方程、不會解薛定諤方程。而是因為他們能夠站在科學前沿的角度去審視量子力學,正可謂是知道的越多就越覺得自己不懂,還有很多東西需要知道。量子力學也是如此,儘管她能夠精確的描述微觀世界裡的運動,但還有很多問題依然困惑著物理學家。就連愛因斯坦和玻爾之間的跨世紀爭論——上帝到底是不是在擲骰子,儘管目前所有的貝爾實驗給出的結果一致認為愛因斯坦的局域隱變量理論不成立,反對方依然能夠找出貝爾實驗的各種漏洞,還有很多科學家在尋找方法彌補之前實驗的漏洞,去檢驗上帝是否在擲骰子。

微觀世界中有很多奇妙的現象有別於我們的日常生活,也許在宇宙誕生的時候就為量子力學設計好了今天的樣子。量子力學為什麼會是這個樣子?這個大問題是科學界要思考的大問題,無人能夠回答這個問題。


刁博


這來自於人性本身

其實這個問題說起並不複雜,只是我們自己沒有發現罷了。

如果你注意一下我們平時說話,我們常常會用“因為,所以”,人類是一個講究因果關係的物種,我們凡事都會追求一個“為什麼”,這成為了人類的一種習慣和常態,而這是一種線性的思考方式?

但如果我們反過來問一個問題,世界上真的存在因果關係麼?或者說這世界上的事情都是線性的麼?實際上並不是,我們舉個最常見的例子:沙堆。

沙堆的複雜程度其實已經超過了全球所有計算機加起來的算力。人類根本無法估算出到底第幾顆沙子下落時,整個沙堆才會坍塌。為此,我們建立了很多學科來研究這個問題其實就是想試圖追問為什麼。除了沙堆,還有很多我們也很熟悉的蝴蝶效應。

說的就是隻要初始值有一點點不一樣,系統的最終結果就會完全不同,這就是混沌系統。它是一個非線性的系統。

其實後來科學家發現非線性系統到底都是,宏觀的人類社會,股市,自然的演化等等。很多人用單一的因果關係去解釋這些系統其實偶爾蒙對兩次,一直都要對是不可能的,你看巴菲特也只對了50%不是?多說一句,在這些系統中其實廣泛的存在這一種概率分佈,就是冪律分佈。(下圖左邊是我們常見的正態分佈,右邊是冪律分佈)

正態分佈其實指的是系統內的各個參數是獨立的,而冪律分佈指的是相互作用,互相不獨立的參數。其實人類社會就是一個人人都要參與相互作用的地方,所以人類社會的財富是呈現冪律分佈的,我們親切地稱呼這個叫做:二八法則。

微觀上的非線性系統

後來,科學家發現微觀世界完全就是一個非線性的系統,這是因為科學家發現我們根本無法測的準微觀粒子的情況,如果你要測準位置,你就測不準動量。你要測準動量,你就測不準位置。


要描述他們只能用概率。(你想想所謂的正態分佈和冪律分佈其實也是一種概率分佈)

所以,這其實是和人性中那種尋找因果關係是反著呢,它不僅僅反直覺,簡直就是反人類。我們的思維是因果的,而微觀世界確實概率的,所以其實我們很難能夠get到其中的奧妙。


鍾銘聊科學


粒子自述:你們永遠別想看到我的真實狀態,但這次卻自曝量子真相

我是粒子,之所以自述,是因為你們對我打擾太多、誤會太深,描述太亂,理解太少。

首先,我明確的告訴你,量子物理對我的描述,僅僅是你們觀察到的表象,在你們“看”我的時候,我確如你們描述的,例如:雙縫干涉、不確定性原理、量子疊加和坍縮、概率波、隧道效應等等,這些都是我的外在特徵,但不看我時,我完全是另一副模樣。

我之所以強調“看”字,是因為你看時的我與你不看時的我,具有兩個完全不同的特徵,我如同一個姑娘,待於閨閣裡時,脫了衣服卸了妝的本來面目,你們是絕對看不到的,你們看到的我,都是濃妝豔服的表象,特別是在你們的聚光下,我更加顯示不同,其實,這一點,你們也有所察覺,你們描述的量子坍縮現象,其實就是暗示了我看與不看存在有兩個模樣。

所以今天,我一定要告訴你們,我待於閨閣卸妝後的真實模樣,目的只有一個:不要再一群又一群、一代又一代的人來偷窺我、猜測我、誤會我。

當你們不看我的時候,我的真實的運動狀態是:

在封閉不受任何干擾的環境裡,將永遠保持繞核作勻速的自轉和週轉。

這就是我的本來面目,粒子數目千萬種,但無論哪一種,小如我的光子妹妹,大如我的原子爺爺,無一例外,就算我們組建的星體、宇宙,都是這樣子。

總之,我們只要不受任何打擾,我們所有的粒子家族都是安詳的繞核勻速的自轉和週轉,從不歇息,永不停止。

可惜,我們都沒有這樣的命運,我們生在一個非常惡劣的干擾環境裡,干擾無處不在,而且這些干擾是不可預測的、不確定性的方向、不確定性的能量,說句實話,我飄忽不定的概率狀態、不確定性的運動規律,離散的樣子,都不是我想要的,都是外界干擾所逼的,這就是你們描述我的概率離散態、不確定性原理的本質與起源。

我唯一安寧時候,就是我的電子弟弟日夜環繞守護的核內,那才是我的閨房,只有此時,我才能表現我的本來面目,就算這種狀態,你們還常常叫我的電子弟弟和光子妹妹來偷看我。

作為粒子,真的是一個小小小小的我,實在是弱不禁風,哪怕是我最小的妹妹光子撞我一下,我都會東倒西歪的,更何況是你們在強光下看我或用電子弟弟打探我,所以你們的這種“看”,是對我的極大干擾,我本來就極少能有繞核勻速自轉和週轉的悠閒,你們的“看”和“打探”,我只會運動更亂,所以,我再三的強調,你們永遠無法看到我的真實面目,因為你們的看,就是對我的擾亂,就是讓我無法安然的繞核勻速自轉和週轉的原因,這也就是我要公佈我真實面容的目的,我害怕你們的“光”顧和“電”探。


華龍新觀


因為量子力學還不完善,理論上講不通(沒道理,邏輯混亂),只是一個很管用的工具而已。所以正常人都不懂量子力學。玻爾也說過,誰說他懂量子力學那是因為他不懂量子力學,一個道理。

潘院士也說過他不懂量子力學,但他確實是不懂,因為他敢於自比上帝搞出個人類不可能懂的(真懂了就能破解只是代價多少而已)量子通訊,他就是玻爾說的那個真不懂量子力學的人。然而,他是一個成功的騙子。


Ztopkuang


當美國人發現金屬態氫離子以後,量子力學就不是謎團了。





金童希瑞


一個全新的體系,有著自己的規則,用一個體系的見識去理解另一個體系的現象是行不通的,微觀世界還是會有自己的規則,只是這個規則是什麼?需要人們進入這個規則裡去探索和發現,但是想要進入這個規則,又有人類的侷限性,不是說人類去到量子世界裡,而是僅僅用“看”都有人類的侷限,但是人們還是希望用看的方式瞭解它。那感受它呢?感受就只能知道結果又無法瞭解過程了。


懶人H思考著


這是美帝的陰謀!潘建偉最懂此學,還經常獲獎獲大獎!前段時間媒體還大肆報道過!


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