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【j2开奖】物理学中的不确定性(2)

时间:2016-11-10 11:34来源:天下彩论坛 作者:www.wzatv.cc 点击:
吊诡的是,物理学似乎无意接受我们为之安放的确定性命运。量子力学再次颠覆我们的认知,从 最基础的理论层面 ,再一次昭示了其隐藏的不确定性。

  吊诡的是,物理学似乎无意接受我们为之安放的确定性命运。量子力学再次颠覆我们的认知,从最基础的理论层面,再一次昭示了其隐藏的不确定性。

  让我们还是从最熟悉的牛顿第二定律说起吧。 F =ma,这是牛顿为我们描述的机械图景,将运动现象纳入其间。对于受力分析已知的物体而言,只要知道它任何一个时刻的位置与速度,我们就可了解它的过去并预测它的未来。初始条件[7],仅仅是一个时刻的位置与速度,在确定的物理规律下,便可透露物体运动的全部讯息。这不正是物理学规律确定性的绝佳范本?正是牛顿,通过这一套运动定律的建立,奠定了现代科学分析世界的信心。只可惜,海森堡 ( Werner Heisenberg ) 的不确定性原理 ( Uncertainty Principle ) 当其面门奋力一击,这个经典巨人便倒地不起。根据不确定性原理:

  位置和动量,也即是速度[8],存在着一种根深蒂固的不确定性,无法突破普朗克常数 ? 的局限。也就是说,我们无法同时确定位置和速度,从根本上,也就无法确定一个物体(通常是量子级别)的初始条件。那么这个物体的历史和未来自然就逃脱了我们的掌握,即便它仍受制于确定的物理学规律。物理学的不确定性站在最基本的理论层面讥笑我们的自以为是。物理学家当然会予以反击。以玻尔 ( Niels Bohr )、海森堡为代表的哥本哈根学派把一切秘密吸收进了波函数,赋予了量子力学一套统计意义,这便是著名的“哥本哈根诠释”。科学家了解统计力学,“哥本哈根诠释”也安顿了物理学家对于世界确定性的信心;然而,波函数终究是物理学中的一个幽灵,我们自以为了解统计学,却往往忽略了正是波函数,把这种不确定性安放进了一个单独的粒子中。

  或许我们可以从薛定谔方程 ( Schrödinger Equation ) 一窥究竟:

  

  这个方程看上去很复杂,但物理意思很简单:就是总能量等于动能与势能之和 E = mv2/ 2 + V 的算符写法而已。这里的 E 指粒子的总能量,而 V 则代表其势能。这也是牛顿第二定律的另一种变换形式。就这个意义而言,薛定谔方程描述的是一个确定的物理过程。但问题的关键不在方程,而在方程掌控的对象,也就是波函数。它告诉我们,粒子在给定时间 t可以位于空间的任何一点 x,波函数 Φ(x,t)本身正对应了粒子在此状态下的概率幅,而它的绝对值平方|Φ(x,t)|2就是粒子 t时刻位于 x的概率。有趣的是,和经典物理很不同,在大多数物理学家眼里,j2直播,波函数只是一个抽象的数学工具,并不对应任何实在的可观测量。然而,由于包含了粒子运动的所有统计可能性,当观测发生时,波函数所代表的概率波会坍缩到其中一个可能的状态,从而给出一个物理意义清晰的观测结果[9]。这样的一套统计解释可以精确说明很多的量子力学实验(例如:著名的双缝实验[10]),物理学家似乎再一次把预测世界的话语权夺了回来。

  可惜,并非所有的物理学家都买账,薛定谔透过他那只有名的“薛定谔猫”捅破了那层薄薄的玻璃纸,暴露出这一套诠释的可疑之处。在这个思想实验中,倒霉的“薛定谔猫”被关进了一个由原子衰变控制开关的封闭毒气室,它的命运便由放射性元素的衰变与否决定:如果衰变发生,则毒气释放,猫毙命;反之,则猫存活。由于衰变本身是典型的量子行为,根据哥本哈根诠释,放射性原子的波函数是所有可能状态的线性叠加,当时间等于放射性元素的半衰期时,放射元素有一半的机会发生衰变,相应地,与之命运相连的“薛定谔猫”的状态也就变成了:

  

  其中 │live 〉表示猫存活的状态,│dead 〉则是猫毙命的状态。除非打开毒气室查看猫的生死,也即是观测发生,否则这只猫就永远处于一种不生不死,半生半死的荒谬状态。我们无法理解一只同时存在于生死边缘的猫,这严重违反了人们的一般直觉,也暴露出哥本哈根诠释面对量子世界时的无力与不确定。

  

【j2开奖】物理学中的不确定性

  图片来源:https://commons.wikimedia.org/wiki/File%3ASchrodingers_cat.svg

(责任编辑:本港台直播)
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