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报码:【j2开奖】温伯格:深究颠覆量子力学 | 众妙之门(2)

时间:2016-11-24 12:55来源:本港台直播 作者:j2开奖直播 点击:
1926年,玻恩提出电子波函数的本质是概率后,爱因斯坦写信给他,信中说:“量子力学是很不错,但我内心的声音告诉我,它不是事物真正的本质。这一

  1926年,玻恩提出电子波函数的本质是概率后,爱因斯坦写信给他,信中说:“量子力学是很不错,但我内心的声音告诉我,它不是事物真正的本质。这一理论能得到很好的结果,但它无法告诉我们上帝的秘密。不管怎么样,atv,我坚信,上帝不掷骰子。”直到1964年,物理学家理查德·费曼(Richard Feynman)还在康奈尔大学的一个讲座上说道:“我想我可以有把握地说,没有人真正理解量子力学。”量子力学的这一步迈得太大,以至于物理学家把量子力学之前的所有物理学内容都统称为与“量子物理学”相对的“经典物理学”。

  不过,在大多数情况下,量子力学的奇异性本身并不会带来什么问题。物理学家已经学会使用量子力学得出越来越精确,越来越成功的计算结果。劳伦斯·克劳斯(Lawrence Krauss)就将关于氢原子的一个量子力学计算结果称为所有科学领域中被计算得最精确的一个量,他并没有夸张。量子力学成为了我们理解原子、原子核、导电性、磁性、电磁辐射、半导体、超导体、白矮星、中子星、核力以及基本粒子的基础,哪怕是如今理论物理领域最大胆的设想——弦理论,也是基于100年前就已经成型的最基本的量子力学而建立。因此,一些物理学家,包括我自己之前都觉得,像爱因斯坦和薛定谔对量子力学的反对太夸张了。

  牛顿的理论在他提出的年代也曾经让很多人不舒服,在牛顿的理论中,两个相隔遥远距离的物体可以发生相互作用,哪怕它们之间不存在有形的拉力或推力,这似乎给本该实实在在的科学带来了一些神秘的超自然因素,因此在当时招致了笛卡尔追随者的反对。此外,牛顿的万有引力定律也不能由某些基本的哲学定律导出,这也是莱布尼茨及其追随者的反对的原因之一。牛顿定律没能满足很多前人对宇宙定律的期望,如托勒密(我们已经抛弃了托勒密的地心说),和开普勒。开普勒在年轻时曾经认为,行星的大小和轨道都是能够通过一套最基本的原理导出的,而在牛顿的引力理论中这些只能通过观测来得到,这很令人失望。然而,随着时间推移,牛顿引力理论逐渐显示出优势,最终成为压倒性的最成功的理论,它能解释大到行星,小到苹果等物体的运动,包括月球、彗星,甚至地球的形状也能解释。到18世纪末,几乎所有人都同意牛顿理论是正确的,至少是个极为成功的近似。因此,强求一个新诞生的理论遵循某种已有的哲学标准,似乎并无必要。我们需要让其自然发展,看看我们能从中得到什么,或许我们需要反过来改变我们的哲学观点。

  「但最近,我发现我对量子力学不像从前那么满意了。」

  那量子力学有什么问题呢?在量子力学中,我们用波函数(wave function)来描述粒子。波函数在本质上就是一系列数字,每个数字都代表了系统可能出现的一种状态。如果系统只包含一个粒子,那么波函数中的每个数字就对应着这个粒子可能出现的所有位置,数字的大小代表着它在这个位置出现的概率。那这有什么问题呢?爱因斯坦和薛定谔晚年完全摒弃量子力学当然是不对的,是悲剧性的错误,这让他们在量子力学高速发展的大潮中掉队了。从前我很满意量子力学的方法和成就,也没太在意关于其基本概念的争论,但现在我不那么确定了(now I’m not so sure)。在教过量子力学这门课,最近又写了本关于量子力学的书以后,我发现我对量子力学不像从前那么满意了,也不再像以前那样无视对于它的批评,尤其是在我看到很多对量子力学很满意的科学家,他们自己对量子力学含义的理解都不一致的时候。

  问题的焦点就在于“测量”这一行为。举个最简单的例子,对电子自旋的测量:自旋又被称为角动量,它是用来衡量某种物体绕着一个轴“旋转”速度的物理量。所有理论都表明,实验也都证实了,当你测量一个电子自旋的时候,它只能取两个值中的一个,+h/4π–h/4π(h为普朗克常数),这可以理解为电子绕着轴要么顺时针旋转,要么逆时针旋转。但只有当你测量的时候,电子才会取这两个值之一,当你没有测量的时候,电子的自旋状态处于这两种态的叠加态,就好像音乐中两个音叠加在一起组成和声一样,但当你一测量,你就逼迫着电子变成两个自旋态中的一个,要么为正,要么为负。

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  电子自旋的一种形象化的描述。图片来源:pinterest.com

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