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为什么你理解不了量子力学?因为其中有一个关键概念没有定义清楚

常驻编辑 科普中国 2022-10-16 普朗克   定义   量子力学   光子   量子   粒子   概率   介质   频率   能量   概念   作用   关键
这就引出了量子的“不确定性原理”。SEk拜客生活常识网

观测定义清楚了,“存在”也就好定义了,“被观测到”才叫存在。SEk拜客生活常识网

也就是说,对象必须与观测介质发生作用,这种作用影响了观测介质的状态,而这种状态又可以被观测到,我们才能说对象存在。SEk拜客生活常识网

反过来说,如果对象未被观测到,不论是因为没有去观测,还是去观测了但介质状态未被改变,都不能称之为存在。SEk拜客生活常识网

不过我们最好也不要称之为“不存在”,或者可以叫它“未知”,也可以叫“无需讨论”。SEk拜客生活常识网

一直以来,人们根据生活经验,习惯性地以为只要刀足够锋利,就可以把物体无限细分下去。SEk拜客生活常识网

即便有一个终点,也是“至小无内”。SEk拜客生活常识网

当然,也有另一种观点认为“有生于无”,所以“至小”应该是“有无之间”。SEk拜客生活常识网

虽然后一种说法不大符合感性直观让人难以理解,但实验观测恰恰证明,物质的细分存在极限。SEk拜客生活常识网

通过黑体辐射实验,人们观测到辐射能量极限与频率有关,但在频率一定的前提下,能量除以频率始终只能是一个常数的整数倍,也就是能量是按份来的。SEk拜客生活常识网

而同频率下,决定最小份能量的是h,也就是普朗克常数,单位是“焦耳秒”,一份最小的能量就是(h*频率),同频率下所有可能的能量都是最小份数的整数倍。SEk拜客生活常识网

根据E=mc^2等一系列公式可以求得,物质的普朗克质量、普朗克长度,普朗克时间等等。SEk拜客生活常识网

所以在量子尺度上,不论是能量、质量、长度、时间……都不连续,而是离散的。SEk拜客生活常识网

这种一份一份的能量就被取名为“能量子”,后来简称为“量子”,也就是我们前面所提到的“粒子”的基础单位。SEk拜客生活常识网

粒子越来越接近量子尺度,就表现出“有无之间”的特性,这就产生了“波粒”之争,量子尺度下的物质究竟是波还是粒子?SEk拜客生活常识网

伴随着光子的单缝衍射和双缝干涉实验,人们发现多次重复试验后,光子在感光屏上呈现概率分布。SEk拜客生活常识网

于是德布罗意提出了“物质波”假设,认为粒子在未与外界发生作用前以概率形式存在,而概率分布曲线为波状,这与机械波有些相似,体现出来的就是所谓“波动性”。SEk拜客生活常识网

不过需要注意的是,概率波与机械波虽然曲线形态相似,但实际上完全是两回事,概率波只是实验统计数据拟合,并不存在机械波中的振子振动。SEk拜客生活常识网

而当一个概率波与其他概率波发生作用时,就可能产生“坍缩”,这就好比六合彩开奖,开奖之后就只有一个确定的状态,“中”或者“不中”,而不再存在其他“可能”。SEk拜客生活常识网

个人倾向于将这种“坍缩”解释为“波的叠加”,也就是傅里叶变换的逆操作。SEk拜客生活常识网

越多的波叠加,函数曲线越接近于直线,也就是概率始终接近于100%,体现在宏观上就是物体的确定性。SEk拜客生活常识网

不过至于叠加多少才足够“坍缩”,目前看来似乎还未找到清晰界限,也就是说,宏观和微观的边界在哪里现在还不知道。

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