量子力學到底是不是一種科學?

之前我寫了很多關於量子力學的文章,其中講解了量子力學的一些非常詭異的現象,比如微觀粒子可以同時處於多個位置,也可以同時擁有多個速度,也就是微觀粒子可以同時處於多個狀態的疊加態,甚至還提到了量子糾纏,對一個糾纏粒子的測量,會瞬間影響到另一個粒子,這種瞬間作用的超光速的,是跨越了時間和空間的限制而發生的,所以有很多網友一時不太能接受這種理論,甚至質疑量子力學到底是不是一種科學,今天我就來談談這個問題。

量子力學到底是不是一種科學?

首先要告訴大家的是,量子力學絕對是一種科學,因為我們目前的芯片技術,其實都運營了大量的量子力學理論,量子力學對人類的貢獻非常大。那麼量子力學到底有啥神奇之處呢?其實所有的物理理論都對應了一個適用範圍,這個範圍叫這個理論的“域”。比如宏觀世界的牛頓力學,應該算是科學了吧,但是牛頓力學也是有“域”的,那就是宏觀的低速情況。

量子力學到底是不是一種科學?

只要是一個物體處於宏觀世界範疇,並且物體的運動速度不大(這裡的不大是相對於光速而言),那麼牛頓力學可以完美解釋一切運動。但是一旦超出了這個域,那麼牛頓力學就顯得不正確了。比如用牛頓力學來處理接近光速運動的天體,計算出來的數值,和實驗觀察數據相差會非常大。

那麼量子力學的“域”在哪裡呢?有很多人會說是微觀世界,但是其實這個說法並不準確,因為量子力學並非只能在微觀世界用,部分的宏觀世界也是符合的。比如我前面講解過得“海森堡測不準原理”,也就是滿足一個公式:位置不確定度*動量不確定度>=h/4π。很多人以為這個公式只適用於微觀世界,其實宏觀物體一樣適用,只不過這個公式用在宏觀世界沒有多大意義。因為宏觀物體的質量是非常大的,會大大的削弱量子力學帶來的不確定性。這是為什麼呢?因為動量=質量*速度,剛剛的公式就可以改為:

量子力學到底是不是一種科學?

位置不確定度*速度不確定度*質量>=h/4π

其實上面這個公式不論微觀還是宏觀都適用的,我們可以簡單理解為A*B*C>=h/4π,其中A就是位置不確定度,B就是速度不確定度,C就是質量。那麼三個事物相乘要>=h/4π,那麼如果其中一個值很小,為了保證最終相乘結果要>=h/4π,另外兩個的值就必須較大才行。

舉個簡單的例子,如果A很小很小,那麼為了保證最終結果依然>=h/4π,B和C就必須很大才行,相當於A拖了大家後腿。根據這個思維,我們來看看宏觀物體和微觀物體有一個很大的區別,那就是宏觀物體質量要大的很多。

量子力學到底是不是一種科學?

相當於宏觀物體由於C很大,所以C給大家做了很大的貢獻,那麼A和B就不需要太大,就能保證A*B*C>=h/4π,所以宏觀物體的A和B就顯得非常小了。也就是宏觀物體的位置不確定度和速度不確定度非常小。小的基本可以認為宏觀物體的速度位置一直都是確定的,不需要疊加態這個概念來描述。

但是微觀物體,由於質量非常小,所以C就很小,那麼C就拖了大家後腿,導致A和B都必須很大,才能保證A*B*C>=h/4π,所以微觀物體的位置和速度都會很不確定,微觀粒子可以同時處於多個位置,也可以同時處於多個速度。

量子力學到底是不是一種科學?

所以大家明白了吧,其實量子力學並非只能用於微觀世界,宏觀世界部分也是適用的,只不過用量子力學來研究宏觀世界,多數時候都沒多大意義。

分析到這裡,大家應該知道了,量子力學其實也和牛頓力學一樣都是科學,而且量子力學的“域”還相當光,因為它是從微觀滲透到宏觀,但是量子力學的“域”和相對論的“域”目前重疊部分還很少,所以人們一直在謀求對這兩個理論的域進行協調和統一,如果我們真的能做到把兩者矛盾地方解決,那麼這個理論就是所謂“大一統”理論。我是小彭來給您解惑,如果喜歡文章可關注,如果對文章有異議可留言評論。


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