為什麼科學家費曼會說,世界上沒有人真的懂得量子力學?因為我們至今都只能描述其現象,而無法瞭解其機制。連事物的成因都不明白,能說懂嗎?而量子就是這麼一群,我們還無法確定具體成:
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因為我們至今都只能描述其現象,而無法瞭解其機制。連事物的成因都不明白,能說懂嗎?而量子就是這麼一群,我們還無法確定具體成因的事物,這就是費曼的原意。
首先,沒人懂量子。
雖然1900年普朗克就提出了量子的概念,即一份一份傳遞的能量。但這樣的描述僅僅是給量子的概念開了個頭。隨後1905年,對光電效應做出了光量子(光子)的解釋,開始了定性描述粒子與波的統一解釋,而直到1916年,愛因斯坦才透過數學公式(p=mc=h/λ)明確建立了光子的定量分析,最後發展為量子的“波粒二象性”。
光子,作為量子的一個典型代表。就連發現它的愛因斯坦都明確表示,從未搞明白光子到底是什麼。“波粒二象性”對於物理學家來說,更像一個拼湊的名詞,實際上什麼都沒解釋。
正因為如此,隨後發展出來的量子力學也就是建立在誰都沒有搞明白的量子概念之上的。純粹建立在實驗現象之上的量子力學,之所以沒人明白,是因為一直缺少一個清晰的物理圖景。被視為正統的“哥本哈根解釋”,對於愛因斯坦來說,不是一條清晰簡潔的物理說明,而像是在為一個不完備的理論打補丁。
量子力學的正統“哥本哈根解釋”:
1、玻恩的波函式機率解釋:波函式是一種機率波,只能描述在某位置找到某個粒子的機率,觀察測量只是預測某一結果的機率,卻不能預測一定會得到什麼結果。
2、海森堡的不確定原理:有一些成對物理量,它們不可能同時被精準測定,一個越確定另一個必定越不確定,此消彼長。比如動量與位置(ΔxΔp≥h/4π ),時間與能量(ΔEΔt≥h/4π)。
3、玻爾的互補原理:一些物理物件存在看似矛盾的多重屬性,原則上不可能用同一種方法同時看見其多重屬性,只能用不同是方法觀察到它們不同的屬性。
4、玻爾的對應原理:量子的各種規則雖然適用於微觀尺度,但從規則中得出的結論不能違反宏觀上的觀察結果,而且宏觀尺度上還是遵循經典物理學規則。也就是說,在大量子數極限的情況下,量子體系的運動趨向經典力學體系,量子物理定律和方程可以轉化為經典物理定律及方程。
5、疊加態原理:如果A和B是一個粒子的兩種狀態,那麼A+B也是這個粒子的第三種狀態,並同時具有AB的特徵。
6、波函式坍縮:在一次測量與下一次測量之間,除了機率波函式以外,微觀物體不存在,它只有各種可能的狀態,只有進行了觀察或測量,“可能”狀態才坍縮為實際的“確定”狀態。
其次,量子力學缺乏清晰圖景。
“哥本哈根解釋”這一長串的詮釋,說它像一件華麗衣裳上面的“補丁”,一點不為過。但你不要還不行,少一塊都會衣不蔽體。費曼正是因為清晰地認知了這一點,所以他一直試圖建立一種清晰簡單的量子圖景。
雖然當時量子力學已經有了薛定諤的波動力學與海森堡的矩陣力學兩大處理方式,費曼依然另闢蹊徑,1942年創造出了路徑積分理論。
然而,路徑積分理論描繪的量子圖景再次衝擊了人們的傳統認知。從出發點到終點,費曼宣稱量子會同時透過所有可能的路徑。就像一個量子在出發前會瞬間“探測”到它所有的路徑,然後瞬間對所有路徑的機率幅求和,最後決定它該以什麼樣的機率出現在什麼地方。
費曼建立的這個反常識的圖景,讓人們對量子力學更加疑惑了。
雖然疑惑,但路徑積分卻很好用,創立夸克模型的蓋爾曼就曾這樣評價:“量子力學路徑積分形式比一些傳統形式更為基本,因為在許多領域它都能應用,而其他傳統形式將不再適用。”
就連對量子力學一直很牴觸的愛因斯坦也不得不服。當費曼的老師惠勒將這個理論拿給愛因斯坦看過後,愛因斯坦說到:“我還是不相信上帝會擲骰子……可也許我現在終於可以說是我錯了。”
最後,細思極恐的費曼圖。
在路徑積分的研究中,費曼發明了一種用形象化的方法直觀地處理各種量子相互作用的圖——費曼圖。費曼圖只有兩個座標軸,代表空間的橫座標與代表時間的縱座標,所以也叫時空圖。
比如用費曼圖來描述兩個電子之間的相互作用。如下圖,實線代表電子的路徑,虛線代表光子的路徑。
兩個電子由於相互交換虛光子(即無法觀測到的光子),而產生了排斥,這就是兩個電子之間的電磁作用力。在費曼圖的描述下,本來難以理解的微觀作用以最直觀的影象展現了出來,讓人們更好理解了量子之間的交換過程。
然而,後來物理學家發現在虛光子交換的過程中,必須要考慮真空漲落的現象。也就是說,在傳遞過程中,虛光子會轉化為一對正負虛粒子對,然後正負虛粒子對再湮滅釋放出虛光子,這樣就有可能無限迴圈往復下去。用費曼圖表示如下:
這讓人們對於虛光子到底是怎麼傳播的又疑惑了。所以,量子是真不讓人省心,當你越想了解它,它反而暴露出更令人吃驚的不確定性。
總結
當我們越深刻地去探尋自然,越彰顯出我們的無知。自然一直按自己的方式存在著,至於我們能不能理解,那是人類的事,與自然無關。
這樣的量子,誰還敢說他懂?誰懂,誰在裝。
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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,它可以完美地處理很多細節,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,從奈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,人們可以很好地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,目前從半導體到網路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,它們的本質到底是什麼?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。
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物理學家費曼
費曼是20世紀最傑出的物理學家之一,參與了曼哈頓計劃。(也就是美國原子彈的研製)同時,也獲得了諾貝爾物理學獎,而他的主要成就是集中在量子力學中。他曾經給大學本科生授課,這門課程的內容後來被整理成書,這本書就叫做《費曼物理學講義》,是如今最暢銷的大學物理學教材。
作為20世紀在量子力學領域的大牛,為什麼費曼會說出:世界上沒有人懂得量子力學?
世界上真的沒有人懂得量子力學?
其實,有類似的想法的不止費曼一個物理學家,有很多物理學家說過。比如:量子力學的奠基人,哥本哈根學派的領袖波爾就曾說過:
如果有人不對量子力學感到困惑,那隻能說明他不懂量子力學。
這麼多量子力學領域的專家都有類似的表達,那這當中一定有一些貓膩。
之所以他們有這樣的困惑,本質上是因為量子力學其實是描述微觀世界的物理學現象的理論,他們並非對理論感到困惑,而是對於微觀世界的離奇現象感到困惑。
那微觀世界到底存在什麼樣的離奇現象呢?
在物理學史上有一個堪稱離奇,詭異甚至是恐怖的實驗,這個實驗叫做:雙縫干涉實驗。
由於篇幅關係,我們在這裡就不具體講這個實驗到底是怎麼回事了。我們就說說這個實驗令科學家十分困惑的地方是什麼。簡單來說就是:這個實驗有觀測者和沒有觀測者最終得到的實驗結果是不同的。
具體來說是這樣的,在這個實驗中,光子或者電子透過雙縫之後會在螢幕上成像,如果什麼都不管不顧,就會出現干涉條紋。
但是如果你在實驗裝置上加一個探測器,觀測電子或者光子是如何透過雙縫時,就會出現完全不同的實驗結果。是不是神奇?一開始科學家還不信,經過多次反覆的實驗,這個結果始終就是這樣的。也就是說,一個普普通通的物理學實驗,最終把觀測者捲入到其中,你說詭不詭異?
上帝不擲骰子
無論實驗是什麼樣子,對於理論物理學家來說就是要用理論對其進行描述。在上世紀20年代前後,海森堡提出了矩陣力學來描述,薛定諤提出了薛定諤的波動方程來描述。後來,狄拉克從數學上證明了兩者是等價的。實際上,到了海森堡,薛定諤和狄拉克已經是第三代量子力學的科學家,在此之前,第一代是普朗克,愛因斯坦;第二代是波爾,索末菲,波恩;除此之外還有泡利,德布羅意等人。
這幫人不光是在研究理論,他們還吵了起來,分成了兩派。一派是波爾領銜的哥本哈根學派,主力干將就有海森堡,泡利等人。另一派來頭也很大,愛因斯坦領銜,主力干將有薛定諤,德布羅意等人。
他們到底在爭啥呢?
說白了,他們就是在爭“這個不確定性”。海森堡提出了不確定性原理,描述了微觀世界的物理現象。他認為,我們沒辦法同時測量到微觀粒子的位置和動量的資訊,測了一個,另一個就不準了。那這個該如何理解呢?
我們來舉個例子,就拿氫原子模型來說,我們傳統意義上認為電子是繞著原子核在轉的,這類似於地球繞著太陽轉。
但海森堡認為,所謂的“軌道”其實是假想出來的,並不存在,還不夠存粹。他基於當時的實驗現象,提出不確定性原理,用這理論來描述電子的運動。具體來說,就是利用“機率”來描述。電子可以出現在下面任意的位置,只不過每個位置的機率不同,因此,可以用電子雲來描述。
這種“不確定性”是愛因斯坦無法解釋的,他曾經在和波爾的論戰中就說到:上帝不擲骰子。
而波爾反擊道:愛因斯坦不要指揮上帝如何做。
反對派的主力干將薛定諤更是提出了一個思想實驗:薛定諤的貓。
用貓的既死又活的疊加態來諷刺哥本哈根學派。
無論是愛因斯坦,還是薛定諤都認為量子力學所描述的微觀世界是不夠完備的。他們其實都在試圖證明量子力學的不完備性。愛因斯坦認為,存在著一個最終極的可觀的真理,而不是像量子力學所描述的“不確定性”。而愛因斯坦的整個後半生,基本上都在試圖證明量子力學的不完備性和試圖提出終極理論,但他都沒有做成,隨著後續的實驗,最終的結果都偏向于波爾所領銜的量子力學哥本哈根學派的觀點。
實際上,我們無法理解量子力學的一個很重大的原因是我們無法換位思考。微觀世界的物理學現象和我們所處的宏觀低速的世界實在太不同了。這其實和我們無法理解相對論是一回事。我們所處的是低速和弱引力場的世界,而相對論描述的確實大尺度,高速,強引力場的世界。這種時空的巨大差異,導致我們無法理解,所以,說白了,這是尺度造成的。
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量子力學是描述微觀物質本身及其運動的一種物理學理論,和相對論一起被認為是現代物理學的兩大重要支柱。
19世紀末期,當時的經典力學和經典電動力學在描述微觀物質時的一些“無能為力”促使量子力學的產生,有很大一批著名物理學家,比如普朗克、波爾、海森堡、薛定諤、泡利等共同研究創立了量子力學理論。
費曼是20世紀最著名的物理學家之一,是量子電動力學的創始人之一,基於他發現了綜合量子理論複雜性的方法,獲得了1965年的諾貝爾獎。但正是這樣的一個量子力學大師卻說:“我想我很有把握地說,沒有人能真正理解量子力學”。為什麼它會這麼說呢?原因還在於量子力學的奇異性。
我們在量子力學中,使用的是波函式來描述微觀粒子,它本質上是一系列的數字,每個數字也都代表了一個封閉系統中可能出現的一個狀態,而數字的大小則表示這個微觀粒子所處位置的機率。
從傳統數學角度出發,機率則是對一個事件發生程度不確定性的表述。但恰恰量子力學不描述測量,它不是像我們認知宏觀物體那樣可以使用測量儀器,量子力學只描述原子、電子這樣的微觀物體,於是就產生了“量子力學測不準”現象。
無論是雙縫干涉實驗、還是薛定諤的貓,都是因為我們使用了傳統的測量方法來試圖窺探微觀世界的奧秘,於是對微觀量子物件產生了影響,於是造成了量子世界波粒二象性不確定性認知、像幽靈般遠距離傳輸資訊、電子機率雲等等這樣的用宏觀物理視角難以解釋的奇異狀況。
還有更離奇的,除了我們在測量微觀粒子會對量子系統產生擾動之外,就是對量子運動的數學描述。拿電子機率雲來說,如果我們測量單個電子,它不會產生機率的問題,它的自旋方向和速度是一定的,遵循的是薛定諤方程規律,而這個方程規律本身不帶有任何機率的問題,是完全決定性的表述,從而我們似乎可以得出單個電子運動模式即玻恩規則與機率無關,但這與玻恩規則解析波函式使用的是正負分量的平方有關係相矛盾。
為了解釋量子力學與我們認知上的不符,量子力學界逐漸分為兩大陣營,一是工具論,認為波函式不是真實存在的,只是更好理解機率的工具。二是實在論,認為波函式是客觀存在,但會受到宏觀物理規律如薛定諤方程的牽制而體現決定性。
這兩個截然不同的觀點互相碰撞,誰也不服誰,從目前來看,如果我們還是用現有的監測和認知手段,即使用遍當前人類所有的知識,對量子力學的奇特之處也解釋不清,也包括那些曾經創造量子力學理論,以及現在正在研究量子力學的大師們,這也是為什麼費曼那麼說的原因。
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費恩曼是物理學中的全能大師,他一生的主要精力都集中在量子力學。
不僅費恩曼表達了量子力學的反常識性,波爾曾經也說過類似的話,他曾經表示:“如果你第一次接觸量子力學而不感到驚訝,那你一定是沒有弄懂它”。
事實上,量子力學確實晦澀,但放在現在卻有點不合時宜,經過100多年的發展,量子力學基本上已經婦孺皆知了,甚至村裡的農民都聽過量子糾纏這樣的術語。
量子力學的反常識之處已經經過多年的宣傳了,人們似乎已經將這種反常識認為成常識。
人類在20世紀之前,基本對分子以下的微觀世界一無所知,當時的物理學還被經典力學統治著,而經典力學就是基於宏觀世界歸納出的科學理論。
在經典力學領域,我們秉持著這樣的常識:
一:某一時刻,指定物體的時空位置是單一的。
也就是某年某月某日的八點,你只能在一個地方,而不會既在A地又在B地。
二:位置隨著時間的變化是連續的。
比如:你從家到學校不管是怎麼去的,總能找出某一時刻狀態下的你,使其處於總路程中的任意一個位置。
三:超距作用是不存在的。
不管是什麼作用,都需要介質傳遞這種影響。即便看起來是超距作用的萬有引力,牛頓也不得不引入“以太”這種假象物,使其符合非超距作用的理念。
在人類沒有深入到微觀世界以前,我們甚至一度認為以上三點就是經典物理學的普遍性規律。
然而量子力學全部顛覆這些“普遍性”規律
最早引起人類疑惑就是1900年由普朗克提出的能量量子化概念,由此標誌著量子力學的建立。
普朗克為了解決黑體輻射問題,硬是拼湊出能量量子化的概念,因為只有這樣才能更好地詮釋實驗結果。
能量量子化打破了能量傳遞的連續性,用分立間斷的量子(不可再分的基本單位)表述能量的傳遞。
這種非連續性跳躍在波爾的電子能級上體現地淋漓盡致。
科學家驚呼電子居然可以從低能級直接跳到高能級,而不需要經過任何過程。就好像瞬間移動一樣,你可以“瞬間”地從北京挪動到上海,而不需要經過任何路程。
隨後,電子的雙縫干涉實驗更是詭異
實驗的結果就是單個電子在不被觀察時,會同時經過兩個細縫,而觀察行為會導致這一特性消失。我們只能基於這樣的現象歸納出微觀粒子的波粒二象性,而不理解為什麼會存在如此令人詫異的現象。
量子力學曾經也讓愛因斯坦苦惱,在1927年的第五屆索爾維會議上,愛因斯坦曾經舌戰波爾。
他認為量子糾纏這種鬼魅般的超距作用是不存在的,肯定是量子力學不完備造成的。這其中的隱變數還未被發現而已。
愛因斯坦甚至用左右手套比喻量子糾纏的超距作用只是起始狀態就決定好的結果,這種超距作用只是邏輯推理而已。
然而事實並非愛因斯坦想得那麼簡單,在經歷80餘年的各種實驗驗證後,量子糾纏是客觀存在的超距作用已經是不爭的自然事實。甚至這種超距作用的速度至少是光速的一萬倍。
量子力學帶給普通人的不僅是詫異,更是世界觀的顛覆。面對這樣的量子力學,誰也得表現出謙遜!
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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。
當年愛丁頓在透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資料,只能用機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。
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費恩曼是美籍猶太裔物理學家,1965年諾貝爾物理學獎得主,他曾經說過一句著名的話:“誰要是懂得量子力學,那他就是真的不懂量子力學”。
費恩曼因發明了量子力學裡的路徑積分和費曼圖,構建了量子電動力學的新理論而獲得了諾貝爾物理學獎,他被稱為愛因斯坦之後最睿智的理論物理學家,他不懂量子力學?
不光是費恩曼這麼說,如果你上了大學要學量子力學,老師會告訴你:“量子力學只要會算就可以了,自己回去慢慢去理解,不要問我為什麼,因為,我也不知道為什麼!”
怎麼這麼奇怪?老師講了半天不知道為什麼?獲得諾貝爾物理學獎的物理學家也不知道為什麼?
那到底為什麼那麼多物理學大咖都說沒有人真正懂量子力學呢?
關鍵是到目前為止,沒有任何一種理論可以用來揭示微觀世界粒子的詭異現象!為什麼說詭異呢?因為這種現象顛覆了我們對任何事物是客觀存在的這一基本邏輯的認知!
單電子的雙縫干涉實驗是量子力學的核心
單個電子透過雙縫的時候也能自己與自己干涉,產生亮暗相間的條紋,說明單個電子是同時透過了兩個狹縫的,不然怎麼會有干涉圖樣呢?
可是當我們想觀測電子是如何透過狹縫時,神奇的一幕出現了,電子只是透過了一條狹縫,並且干涉圖樣消失了!
這怎麼回事呀,難道電子如何透過狹縫與我們是否觀測有關?電子是怎麼知道我們在觀測它的?電子有思想?
對這個實驗有多種理論解釋,誰也說服不了誰,主流的解釋有如下幾種:
哥本哈根學派
以波爾為首,主要人物有波恩、海森堡、泡利、狄拉克等的哥本哈根詮釋被稱為量子力學的“正統解釋”。
他們認為:在量子力學裡,量子系統的量子態,可以用波函式(粒子在某位置或處於某種運動狀態的機率)來描述,測量的動作會造成波函式坍縮,原本的量子態機率坍縮成一個測量的量子態。
也就是說,不測量時電子處於位置、動量和自旋的疊加態,而測量時只能得到一個確定的結果,或者說,不測量時電子錶現出波動性,測量時就表現出粒子性!
這個解釋你認同嗎?不測量就處於疊加態?測量就是確定態?電子怎麼知道你有沒有測量的?所以薛定諤提出了一個著名的思想實驗,就是著名的“薛定諤的貓”來反駁這一理論,難道沒有測量之前貓處於既死又活的狀態?
所以說,哥本哈根詮釋只是對微觀粒子狀態進行了看似合理的解釋,並沒有揭示其本質!
多世界解釋
量子力學的多世界解釋是由埃弗雷特提出的,他用一個宇宙波函式來整體描述被測量系統、測量工具和觀測者,將宏觀的物體也納入了量子體系中,觀測者的波函式會在每次測量之後發生分叉,宇宙波函式包含了疊加態的所有分支!
啥意思呀,這麼繞,其實很簡單,就是平行世界,薛定諤的貓不用既死又活這麼難過了,它有兩種情況:死和活,存在於兩個互不影響的平行宇宙中。如果在我們觀測者的世界中貓是死的,那在另一個平行宇宙中貓就是活的!
電子到底透過那個狹縫我們也不用糾結了,它在我們觀測的宇宙中如果透過了這個狹縫,那麼在另一個平行宇宙就透過了另一個,在下一個平行宇宙中就透過了兩個,互不影響!
這個解釋更不可思議!難道在另外一個宇宙中還存在另外一個你?多宇宙到底在哪兒?誰也不知道,所以說,這也只是對微觀粒子狀態的一種表象解釋,沒有深入本質,況且真實性也有待檢驗!
隱變數理論
隱變數理論認為,量子力學不能描述客觀事實的確定性和定域性,所以是不完備的,肯定是沒有發現或者漏掉了一些非常重要的隱含變數,正是這些隱含變數,控制了微觀粒子的行為!
愛因斯坦是隱變數理論的主要倡導者,他很本不相信事物的客觀規律需要用機率函式來描述,他確信任何事都遵循某種客觀規律,一種完備的理論應該是確定論而不是機率(或的關係)論,上帝是不會擲骰子的!
愛因斯坦、波多爾斯基、羅森提出了EPR佯謬來論證量子力學的不完備性,認為量子糾纏的超距作用是不可能的,不過後來貝爾發表了貝爾定理,證明這個假設與量子力學的預測不相符,也就是說,隱變數是不存在的。
愛因斯坦、波爾那可都是量子力學的奠基人呀,這麼偉大的物理學家都沒有搞清楚微觀世界粒子運動規律的本質到底是什麼,誰還敢說自己懂量子力學呢?
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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”。中國量子通訊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數理論不成立,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。
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費曼是著名的物理學家,特別是在量子領域,具有頗豐的建樹。其發明的費曼圖、費曼規則和重正化的計算方法,是研究量子動力學和粒子物理最為重要的工具之一。而大名鼎鼎的(費曼物理學講義),估計很多人都聽過甚至是看過。費曼在24歲時就取得了博士學位,可以說是天才中的天才。但可惜的是,費曼並不長壽,僅僅活了69歲就駕鶴西去。相對於比起小4歲的楊振寧來說,活的真的是太短了。
這位天才可謂是量子力學領域的資深專家,然而就是這麼一位專家卻說了句名言“世界上沒有人懂量子力學”。其實,不僅僅是費曼,很多量子力學的大科學家都表示過類似的觀點。比如玻爾就說過:“誰要是說自己理解量子力學,那他一定是不懂量子力學”。費曼的話並沒有毛病,縱觀之前的歷史來看,確實很多量子力學領域的大牛都對量子力學困惑不已。
比如量子力學的創始人普朗克,他就在發現黑體輻射公式後,對於能量量子化感到不安。他在最開始的時候根本就不接受能量量子化的概念,但面對公式,他又不得不捏著鼻子認了。還有愛因斯坦,他也是量子力學的創始人,但是他對於量子力學那種不確定性感到困惑。他甚至認為量子力學是不完備的。愛因斯坦認為量子力學只是接近真理,但並不是真理。為此,愛因斯坦還說了個名言“上帝不會擲骰子”。還有量子力學基本方程的發現者薛定諤,他在提出薛定諤方程後,對自己方程的解釋是完全懵逼。表示自己寫出的方程,怎麼會表明粒子運動是以機率波的形式呢。對於這種解釋他完全拒絕,為此還提出“薛定諤的貓”來以次反對哥本哈根派對自己方程的釋義。
其實,除了這些科學家,還有很多科學家都對量子力學感到困惑。越是深入瞭解量子力學,越感到量子力學的反直觀特性。比如著名的波粒二象性,直接使的物質即是波也是粒子。還有單電子干涉延遲實驗 更是讓人逐摸不透。在加上愛因斯坦都反對的量子糾纏,直接使得我們對於量子力學徹底崩潰。
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物理學至今沒有解釋“物質是怎麼產生的”!
經典力學是量子力學的特例。經典力學研究的是“隔離體”——基態的物質(宏觀);量子力學研究的是“等離子體”——激發態的物質(微觀)。
相對論是經典力學與量子力學之間的“橋樑”——動體的電動力學。要理解量子力學,首先必須承認“物質是金屬態氫離子聚合形成的”;然後必須認識到“高速流動的物質轉化為金屬態氫離子,金屬態氫離子的磁力矩相互切割聚合形成新元素的同時釋放電磁波——能量”。
顯然:聚合反應與化學反應並沒有什麼“本質區別”,物質不能轉化為能量;熱核反應質量守恆,鏈式反應是衝擊波層流裡高速流動的物質轉化的金屬態氫離子聚合的新元素反覆裂解為金屬態氫離子產生了連續的爆炸。
事實上,“光速”是金屬態氫離子“磁力矩”的震盪(自旋)——不能用經典力學討論“光速”;質能方程E=mc2是可逆的,即m=E/c2,也就是說,金屬態氫離子聚合的新元素與能量成正比。
電磁波的傳播離不開金屬態氫離子“磁力矩”的共振,具有波粒二象性。太陽初級射線進入地球磁場產生金屬態氫離子,金屬態氫離子的“磁力矩”切割磁力線釋放電磁波——光子;陽光的傳播離不開金屬態氫離子“磁力矩”的共振(大量金屬態氫離子的產生,會影響通訊的)。
既然宇宙中“均勻”分佈金屬態氫離子——稍縱即逝的“以太”,那麼“光的雙縫實驗”和“光電效應”就是金屬態氫離子“磁力矩”的共振傳遞了電磁波或產生了變化的磁場!