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量子力学究竟是什么读后感摘抄

量子力学究竟是什么读后感摘抄

《量子力学究竟是什么》是一本由万维钢著作,新星出版社出版的精装图书,本书定价:69,页数:444,特精心收集的读后感,希望对大家能有帮助。

《量子力学究竟是什么》读后感(一):量子力学之诡秘

一本很不错的关于量子力学的科普书,介绍了总体的发展历程,书中既有通俗的例子,也有深奥的推算过程,帮助我们从量子力学的角度去思考、理解这个世界。

量子力学是研究微观世界的学科,用两个字形容,就是诡秘。诡秘之处在于它与常理相违。比如量子力学中有个东西叫量子隧穿,通俗的讲就是穿墙术,只不过要把穿墙的人换成一个粒子,但粒子的“穿墙术”没那边简单,它要穿过的是比自己势能大的“墙”,并且穿墙几乎是在一瞬间完成的,速度甚至超过光速,离谱的是,粒子穿墙的时候居然比不穿墙要快。这就相当于,面对一面墙,粒子几乎就是瞬移到另一面,而且不受墙厚度的影响,这不禁让人怀疑,量子是不是有穿越空间的能力?

粒子似乎还能穿越时间,改变过去的行为。书中的实验是这样的,光子既有波动性,也有粒子性,也就是说,光既可以是波,也可以是一个个的粒子,有了这个基础,科学家弄了这样一个实验。将单个光子射向杨式双缝,高中的知识告诉我们,光由于波动性,经过这样的双缝后,会在屏幕上形成干涉波纹,证明光子是波动的。那如果在双缝后放上两个探测器,分别观测穿过双缝的光子呢?此时的光子就不再呈现波的特性了,而是实实在在的打在其中一个探测器上。更令人匪夷所思的是,即便是在光子发出后,你临时决定要在双缝后加个用于检测粒子的探测器,光子也会变为粒子。这意味着,光子在被发出的那一刻,就“预测”到了你的行为,或者说,你的观测行为,改变了光子的过去。粒子似乎能在时间这个维度上穿行,确实诡异。

量子力学的诡秘,其实也是这个世界的诡秘。我们每天过着具体的生活,不曾去想万物从何而来,意识是怎样的存在,世界为何如此运行?许多无法理解成为了习以为常,习以为常恰恰是最诡秘的地方。

《量子力学究竟是什么》读后感(二):好玩的量子力学~头脑中的小风暴

科幻作品的四大定律是这样的: 遇事不决,量子力学; 解释不通,穿越时空; 脑洞不够,平行宇宙; 定律不足,高维人族。 因为越来越喜欢硬科幻的小说,从而对物理有着浓厚的兴趣,校园时期痛恨物理考试还真是太孩子气了呢。物理是非常革命的学科,就像量子力学,普朗克,爱因斯坦,德布罗意和薛定谔,他们对量子力学做出来决定性的贡献,却终身反对量子力学,为了维护经典物理世界的逻辑自洽。 经典世界没有无缘无故,宏观世界是遵守经典物理定律的,可是到了微观,一切都是不确定的。我们中学就学习了“波粒二象性”,光,既是粒子又是波,而观测的结果是什么,取决于你的视角。我们没有深入去想过,微观世界的“二象”到宏观世界的“一象”,变化发生在什么时候? 万Sir在科普方面绝对是大神级别的,从“波粒二象性”、普朗克时间、海森堡不确定性、一直讲到薛定谔的猫和波函数,一部简易量子力学发现史,有意思的是,量子力学取得的进展都是实验结果“倒逼”物理学改革而来,每次进步都是手忙脚乱地对付出来一个个模型,一直很被动。 开尔文男爵1900年的演讲说:在已经基本建成的物理学大厦中,后辈物理学家只要做一些零碎的修补工作就行了。但是,在物理学晴朗的天空的远处,还有两朵小小的令人不安的乌云…… 这两朵乌云就是 1:光速为什么在各个方向都不变。这就是后面爱因斯坦的狭义相对论。 2:黑体辐射。也就是量子力学的开端。 然而120年过去了,谷歌都做出了53个量子比特的量子处理器,量子通信也要变成新的加密方式,1900年的两朵乌云背后的神秘真相我们还是不知道,我们甚至不知道大自然还允不允许我们继续寻找,这个真相是只有一个真相,还是有无数个真相? 宇宙的起源从无到有,究竟是大爆炸对还是暴涨理论对,现在都没有定论,只有宇宙最初的光,“宇宙微波背景辐射”它给宇宙何处提供了2.7K的保底温度,天体物理学家们还在研究。 读过万Sir这本量子力学的科普书,我总算是搞懂了杨振宁先生和李政道先生的“弱相互作用宇称不守恒”原来是这么了不起的发现,因为有了这么一点点不守恒,才恰好允许万事万物存在。因为绝对的完美是什么都没有。 量子力学是微观世界的底层逻辑,但是鬼魅的不确定性非常的烧脑,以至于我读完都开始怀疑自己是否真实存在?我是不是生活在高维人族的游戏里?我仅仅是计算机里的npc? 菲茨杰拉德说过:检验一流智力的标准,就是看你能不能在头脑中同时存在两种截然相反的想法,还维持正常行事的能力。了解了宏观世界的经典物理,再来微观的量子世界里检验一下我们是否有一流的智力吧!

《量子力学究竟是什么》读后感(三):反直觉的事实——《量子力学究竟是什么》

大概十五年前,第一次在一个电影里了解到量子力学。电影里的主人公用量子力学来解释人生,说量子力学讲的就是随机,这个世界上一切都是随机的,我们的人生也是随机的,所以并没有什么命中注定。时至今日,电影名字叫什么早忘了,剧情也忘了,就记得“量子力学”四个字。

后来,特别是最近几年,经常刷到关于量子力学的视频,越看越觉得神奇,正好得到APP推荐了这本讲量子力学的《量子力学究竟是什么》,毫不犹豫就下了单。

本书的作者万维钢毕业于中国科技大学,现为美国科罗拉多大学物理系研究员。他理论知识扎实,文笔清新流畅,还会讲段子,由他撰写的这本科普读物让我这个文科生爱不释手。

科学家们通过研究量子力学发现的许多反直觉的事情,它竟然是真实存在的。

比如隧穿。由薛定谔(薛定谔的猫那个薛定谔)方程的解可以得出,粒子在一定概率下可以穿墙。虽然这个概率很小,但它毕竟可能。而且,如果数学允许一件事发生,这件事就一定会发生。1927年,好几个物理学家解出了这个薛定谔方程的解,这虽然违反我们的直觉,但美籍俄裔物理学家乔治·伽莫夫认为不应该舍弃这个解。伽莫夫认为量子隧穿可以解释为什么原子核会衰变。在生物学中,植物的光合作用,细胞能够呼吸,DNA的自我修复都和量子隧穿有关系,甚至有科学家认为,基因的突变,也许也跟量子隧穿有关。

再比如延迟选择。

理论以及实验已经都证明了光具有波粒二象性。而一束光的路径,究竟是波的路径还是光的路径,取决于我们如何观察它。如果我们用观察波的方式观察一束光,这束光便呈现出波的形式;如果我们用观察粒子的方式观察一束光,这束光便呈现出粒子的形式(是不是很神奇?)

光好像知道我们要怎么观察它。我们怎么观察,它就怎么呈现。就好比我去早餐店,告诉了老板我要一碗牛肉面,老板就给我做一碗牛肉面;而如果我告诉了老板我要排骨面,老板就给我做一碗排骨面。如果我不告诉老板我要什么面,老板会给我做一碗什么面呢?如果我们不让光知道我们如何观察它,它会呈现出何种形式呢?波还是粒子?

带着这个疑问,科学家们设计了一系列巧妙的实验。简单来说,就是在一束光发出后,才决定用何种方式观察(而不是一开始就决定了)。结果很反常识,但确实是事实。当一束光被发射后,再决定以何种方式观察它,它就呈现出何种特征。

看上去,是我们的主观选择,改变了客观事实,让光对自己的性质做了延迟选择。

还有一种鬼魅般的超距作用——量子纠缠,就更夸张了。两个无论相隔多远的粒子,会进行一种瞬时协调。记住,是瞬间同步。

科学家们至今无法对这一现象给出一个合理的解释,进而衍生出另外一个问题——我们生活的世界到底是不是真实的客观存在?

除此以外,《量子力学究竟是什么》一书还介绍了更多违反我们直觉的客观事实以及一些科学家们的趣事。比如预言了正电子存在,且给粒子自旋找到理论解释的狄波拉说:欣赏女性,一定存在一个最佳的距离d。距离太远什么都看不清,距离太近了就会看到脸上的皱纹和瑕疵,所以d是0到无穷远之间的一个数值。狄波拉的这个判断很有科学的罗曼蒂克气息,对不对?

科学的尽头是哲学,究竟是我们梦到了蝴蝶,还是蝴蝶梦到了我们?也许只有对量子力学进一步的探索,才能解开我们这个世界的底层奥秘。

在此,请允许我向所有在量子力学研究领域做出卓越贡献的人类最精华的大脑们,献上我卑微的膝盖。 (本文当中,如有解释不当之处,欢迎指正。)

《量子力学究竟是什么》读后感(四):诡秘之主

量子力学究竟是什么

9.4

万维钢 / 2022 / 新星出版社

现在有谁不是量子力学的爱好者呢?人人都知道量子力学讲究个不确定性,所谓“遇事不决,量子力学”。人们都爱把“量子”放入公司和品牌的名称中,有“量子基金”、“量子波动速读”,乃至于“量子推拿”。

你可能已经听过不同版本的量子力学讲解,有侧重计算的学院版、讲故事的历史版、可爱的卡通版、还有霸道总裁假装学过版。

量子力学已经是一个文化,每个人都可以有自己的体验角度。 我要说的,是最本源的角度。 诡秘。 这是一个被我们之中最聪明的头脑探索了一百年的秘密。听说它的冰山一角,你就足以动容;

稍微了解,你就会为之痴迷;深入钻研进去,你可能会陷入绝望,乃至于疯狂。 量子力学是关于我们生活的这个世界的本源的秘密。

爱因斯坦、玻尔、薛定谔、海森堡、狄拉克、泡利、德布罗意、费曼……物理学里最耀眼的英雄都是因为在量子力学中建功立业而留下姓名。

一开始谁都没想到。物理学家只是问了一些非常基本的问题:世界上的各种东西都是由什么组成的?如果原子是最小的单位,那为什么这个原子和那个原子的化学性质如此不同呢?原子还能再分解成别的东西吗?光,到底是什么?这些问题几千年前就有人问,只不过直到一百年前,我们才有了足够的技术和数学去真正探索它们。

结果这一探索,物理学家发现,微观世界的东西似乎在遵循某些非常怪异的规则。 *

比如说,如果把你限制在一个各个面都是墙的房间里,你想要出来就必须在墙上打个洞,对吧?那你是否想过,中国有个“崂山道士”的故事,说有一种叫做“穿墙术”的法术,可以让人直接穿墙而过,而既不破坏墙、也不伤害人。

在微观世界里,这个法术是常规操作。把一个电子限制在势能比它自身能量高的区域内,这个电子有一定的几率能穿墙而出。那既然电子可以,质子当然也可以、原子也可以……一直到由原子组成的人,在原则上,其实也可以 —— 只不过你能成功穿墙的几率非常、非常小而已。

这还不算什么。日常世界里的你,在任何一个特定时刻,都只能出现在一个特定的地方,对吧?你此时此刻不能既在北京又在哈尔滨。但是在微观世界里,电子可以同时出现在所有的地方 —— 它不但能既在这里又在那里,而且还能同时沿着好几条不同的路线前进。

日常世界的桌子上不会突然凭空冒出一个苹果和一个橘子来,你想要水果得自己出去买才行。但是在微观世界里,真空之中,就可以突然凭空冒出一个电子和一个正电子来,只不过你几乎不可能抓住它们而已。

微观的世界,充满诡秘。 那你可能说,这帮物理学家为什么非得琢磨这些怪异的东西?难道老老实实地研究我们日常的世界还不够吗? 这些怪异行为可不是物理学家幻想出来的,它们都是实验和逻辑推理的结果。

为了解释日常世界的“正常”,你只能接受微观世界的“不正常”。换一个视角,也许应该说微观世界的那些怪异行为才是正常的,而我们在日常生活里的感知,都是大尺度带来的错觉。

哪有什么岁月静好,不过是微观的粒子们替你诡秘前行。 *

在对微观世界的诡秘进行探索的过程中,物理学操纵日常世界的能力也越来越强。就好像修仙小说的主人公一边更新世界观一边掌握新法术一样,真是认知升级决定了能力升级。

量子力学带给我们的回报,远远超出了所有人的想象。我们终于明白了原子到底是怎么回事儿,我们能精确推演日常世界的所有自然现象。我们揭开了原子核的秘密,制造了原子弹和核电站。我们深入理解了固体物理学,发明了半导体和计算机芯片。我们能精确地测量,甚至能一个一个操纵单个原子。

我们能解释远在天边的白矮星是怎么回事儿。量子力学是这个世界的底层逻辑,哺育了几乎所有的现代先进科技。 然而物理学的英雄们仍然没找到量子力学的最终答案。我们可以接受微观世界的各种行为,但是你要说规则就是这样了,那似乎有点不合逻辑。

比如说,一个电子从“同时出现在所有地方”,到“恰好在这里被你找到”,完全是一瞬间的事儿,甚至可以说根本就不需要时间 —— 那这一瞬间到底发生了什么呢?什么样的事情,可以不花费时间就发生改变呢? 再进一步,这个电子最终在*哪里*被你找到,居然是完全随机的。

世界上怎么能有完全随机的事儿呢?为什么是在这里而不是在那里,这总得有点原因吧? 有些人 —— 比如爱因斯坦 —— 就怀疑,量子世界种种诡秘的背后,必定还有一个更深的,诡秘之主。 爱因斯坦死不瞑目,可是那时候已经没有多少人愿意听他说话了。 *

在早期的热闹之后,曾经有三十年之久,绝大多数物理学家都认为,继续探索量子力学的秘密是徒劳的,我们应该专注在计算和应用上,毕竟现有的量子理论已经够用了。在那些年里物理学家上天入地,几乎是把你能想到和想不到的所有自然法则都研究明白了。

而量子力学,只是他们的计算工具而已。

量子力学的应用是无处不在,但是人们对量子力学秘密的探索,沉寂了…… 好在我们生的晚,还有机会看到这场探索的后续。

从上世纪六七十年代开始,又有人提出了新的假说,继续探索那个诡秘之主。新技术允许物理学家做各种巧夺天工的实验。对这个秘密的探索,现在是一个非常活跃的研究领域。

而物理学家走得更远更深之后,诡秘之感不但没有减弱,反而还更严重了。 * 新的实验首先证明,所谓“量子纠缠”,是真的。互相关联的两个粒子,哪怕距离非常遥远,只要其中一个的量子态发生改变,另一个就会立即随之改变。

这意味着它们之间存在某种超光速的、甚至是瞬时的协调。 可惜爱因斯坦没能看到这个实验结果……不过量子纠缠在某种意义上并不违反相对论,因为没有人能利用那个鬼魅般的协调去传递信息。

使用新技术,物理学家有办法只发射一个光子,让它同时沿着两条路径走。实验发现光子就好像在出发之前就已经对两条路径有完全的感知一样,它能根据路上的不同情况,选择要不要自己跟自己发生干涉。

特别是如果你在其中一条路上放一颗无比敏感的、只要有一个光子打在上面就会爆炸的炸弹,光子可以在不走这条路的情况下,感知到那颗炸弹的存在。

那个“感知”到底是什么东西呢? 再进一步,老一辈物理学家有个名词叫“波粒二象性”,说微观世界里的东西都既是波也是粒子,具体观测结果是什么取决于你的视角:你想测量一个波就会得到波,你用测量粒子的方法就会得到一个粒子。

那么从“二象”到“一象”,那个变化是发生在什么时候呢? 新一代物理学家可以先假装要测量波,等到光子已经不得不表现出波的样子,但是仍然在飞行之中、还没有最终到达目的地“官宣”的那一刻,突然改变主意,改成要测量粒子,你猜光子会怎么做?

答案是它不但会临时变成粒子,而且还要改写自己之前的行为。这就好比说一个学生在考场上看到试题之后,又重新回到三天前去准备这次考试! 新实验甚至发现连所谓的“客观现实”,都不一定存在。

面对同一个实验,两个观察者可以记录不同的结果,那你说他们真的是处在同一个世界之中吗?也许我们每个人都有自己的世界…… 怎么解释这些现象?

量子力学背后的诡秘到底是什么呢?现在物理学家提出了几个猜想,这些猜想一个比一个离奇。 * 探索仍然在进行之中,没有人知道最终的答案。但是我们可以肯定,真实世界绝对不是人们平常感知的样子,而你有权知道真相。

现在我站在几代物理学家的肩膀上,向你汇报我们对这个秘密的探索经过和最新理解。 学习量子力学能给你一个脱离平庸生活,体验诡秘的视角。我们不是低幼版也不是简化版,我们不胡乱打比方。

我将从最基本的概念讲起,带给你量子力学的纯正趣味。我承诺不使用中学生水平以上的数学,咱们主要用“物理直觉”说话。但是我希望你能在学习过程中积极思考,学一点思辨的技巧。我要讲一个探索的故事,你会看到物理学家是如何一步步刺探未知的,你会学到他们常用的几个心法。

量子力学再难懂也肯定不会比人心更难懂?我对此表示怀疑。

那普朗克长啥样呢?下面这两张照片是物理学家马克斯·普朗克(Max Planck)在钻研量子力学之前和之后的样子…… 这是一门能把花样少年变成毁容大叔的学问,因为它颠覆了太多东西。

为了安全地学好这个课程,先忘记有关这个世界的各种想当然的假定。当然也不是所有你知道的东西都会被颠覆 —— 比如说,以下这些事情,我保证,不管发生什么,它们都还是对的:

第一,数学都是对的。你永远都不用质疑数学结论。

第二,我们说到的所有实验,不论多么离奇,都是对的。它们都经过了几代物理学家的反复验证,不但正确而且精确。我们的一切讨论不是要质疑这些实验,而是琢磨如何理解这些实验。

第三,物理学的守恒定律 —— 包括能量守恒、动量守恒和角动量守恒 —— 都仍然成立。这个宇宙不会凭空送给你什么东西,也不会凭空拿走你的东西……或者,至少不会做得太明显。

第四,你的妈妈仍然爱你。 这几条之外,请你做好思想准备。

《量子力学究竟是什么》读后感(五):量子力学 6:薛定谔的猫

量子力学究竟是什么

9.4

万维钢 / 2022 / 新星出版社

埃尔温·薛定谔(Erwin Schrödinger)可以称得上是个多才多艺的人。他聪明过人,通晓多门语言,阅读广泛,精通文学和哲学,最喜欢的哲学家是叔本华。

玻尔动手能力差做不了实验只好做纯理论,薛定谔可不是这样,他做过实验物理研究,而且还精通数学。

薛定谔参加了第一次世界大战,回来认为理论物理最有意思,很顺利地就当上了理论物理教授。 薛定谔后来甚至写过一本《生命是什么》。

他把这本书设定为可以给外行看的通俗作品,但是他在书中提出了基因遗传机制的大胆猜想,等于是为生物学指引了方向。不过那都是后话。

按当时物理学家的标准来说,薛定谔直到中年都还没有做出什么一流的工作。他身体不太好,患有肺结核,动不动就得疗养。

而且薛定谔还绯闻缠身,都知道他有婚外情。 1925年,薛定谔三十七岁这一年,他出场的时机终于来了。当时薛定谔是在瑞士苏黎世大学。

他有个同事叫彼得·德拜(Peter Debye),也是一位名字进了教科书的物理学家。传说有一天,德拜对薛定谔说,我看你最近也没什么大事儿,听说德布罗意有篇论文很有意思,连爱因斯坦都惊动了,你能不能去研读一下,下次给我们做个报告。

这其实是物理学家的一个好传统,到今天也是这样。所有人去读所有的论文读不过来,常常是指定一个人去读懂一篇论文,然后讲给本单位所有人听。

薛定谔读的正是德布罗意提出“物质波”的那篇论文。薛定谔作了报告,德拜当场发表了一个评论。德拜说,德布罗意这玩意儿纯属儿戏。 德拜说,什么叫物理学?你得有方程才行。

德布罗意凭空就说电子是个波,那这个波满足什么方程呢?它的行为由什么决定呢?没有方程,就不是正经的物理学。 其他人都没当回事儿,薛定谔却是心中一动。他心想我可以去弄个方程。

薛定谔用圣诞节假期搞出了第一版方程,紧接着在1926年发表了四篇论文,最终提出了量子力学的波动方程。

其中最关键的发现是在去疗养期间做出来的,据说当时他的情人就在身边陪伴,所以薛定谔这个大发现被某些人称为“迟来的情欲大爆发”。

* 咱们来看一眼薛定谔方程,这可是人类科学史上最重要的几个方程之一

—— 普朗克常数 h 不出意外地出现在方程之中,m 是粒子的质量,V 是势能。这个方程描写了“波函数” Ψ(x,t) 在不同位置和时间的变化。

那你说这个方程是怎么来的呢?不是从天上掉下来的!薛定谔的思路其实非常自然,任何一个动力学过程都得满足能量守恒,这个方程说的其实就是 动能 + 势能 = 总能量。

真正的硬功夫在于如何验证你的猜想。薛定谔把氢原子的电势能带入到方程之中求解……然后奇迹发生了。 我们前面说了,玻尔的原子模型是非常不完善的,有一种山寨感和拼凑感。

玻尔无法解释为什么原子的能级必须是一个一个的。而现在薛定谔用这么一个简单的方程解出来,说为啥只有那几个能级呢?为什么电子轨道只有那么几个呢?因为这个二阶偏微分方程正好就有那几个本征值和本征函数!

你可以忽略这句话里的数学,简单来说,就是能级和轨道精确地包含在这个方程之中。 到这一步,薛定谔方程肯定是对的了。不过事情中间还有一些波折。海森堡和玻尔当时已经搞了一个“矩阵力学”,一上来就是全量子化的,他们不相信波函数能连续变化。

玻尔把薛定谔请到哥本哈根演讲,海森堡几乎是当场翻脸。玻尔不停地劝说薛定谔,说你这个波肯定不对,“薛定谔你必须理解……”一连说了好几天,把薛定谔都给说住院了。

玻尔让自己的妻子去给薛定谔送饭,妻子到医院发现玻尔正在病床前说,“薛定谔你必须理解……” 薛定谔得到了 1933 年的诺贝尔物理学奖,跟他一起得奖的是后面即将出场的另一位大牛,保罗·狄拉克。

后来正是狄拉克,最终证明了薛定谔的波动方程和海森堡的矩阵力学是相容的。

* 有了薛定谔方程,我们就可以精确地知道波函数在任何时间任何位置的数值。

什么双缝干涉也好、单缝衍射也好、原子的能级也好,都可以用波函数计算出来。德拜说的对,有方程跟没有方程是真不一样啊,现在我们对量子世界真是有了一种掌控感。

但是直到这时候,薛定谔仍然不知道波函数到底是什么东西。 这个感觉简直就是量子力学给物理学家的诅咒。你会算,你会用,但是你不知道它是什么。其实咱们前面说的普朗克和玻尔他们做的事也是这样,先有了数学,然后再去寻找物理意义。

波函数到底是什么呢?薛定谔方程中有个虚数 i,解出来的波函数不是实数,而是一个复数。而复数是无法测量的!我们生活的世界是一个实数的世界!说“这里的波函数的数值是 1+2i”,这算什么意思呢?

后来还是德国物理学家马克斯·玻恩(Max Born)提出了一个解释 —— 「波函数绝对值的平方,等于粒子出现在那个时间和那个地点的概率。」 没有被观测到的粒子就好像是一片云,它可以既在这里又在那里,但是它在各个位置被发现的概率并不是一样大的。

现在有了波函数,我们可以说,波函数在一个地方的绝对值越高,粒子在那里被发现的可能性就越大。如果波函数在这里是 0,粒子就绝对不会在这里出现。

这个解释叫做玻恩解释,它完美地符合实验结果。

很多人相信,波函数,包含了一个量子系统所有的物理信息。 但是这里面有两个大问题。

* 第一个大问题是,玻恩解释等于宣布了,量子力学只是关于概率的科学。 薛定谔方程只能告诉你波函数,而波函数只能告诉你概率。

你可以用薛定谔方程计算一个电子出现在屏幕上任何一个小区域内的概率是多少。如果你的计算结果说电子出现在这里的概率是0.1%,而你在实验中用了一百万个电子去轰,那么就会有大约一千个电子落在这里 —— 这个概率是绝对精确的。

但是,你能知道的,也只有概率。那你说,我现在只发射一个电子,我想预测这个电子会落在哪里,这行不行呢?不行。量子力学只会算概率。

而且根据海森堡不确定性原理,单个电子根本就没有什么“哪里”这种说法。波动方程自动兼容不确定性原理。 对很多物理学家来说,只能算概率可是太难受了。你要知道物理学原本是一个确定性的科学。

你给我个台球,只要我精确知道这个台球此时此刻的速度和位置,我精确知道它的周围环境,我就可以精确计算它在未来每时每刻的速度和位置。当然绝对的精确是做不到的 —— 但那只是技术问题 —— 经典物理学在原则上,没有任何不确定性。

可是现在量子力学等于说不确定性是个内在的性质。为什么这个电子在这次实验中打到了屏幕的这个位置,而不是那个位置?是被风吹了一下吗?是什么神秘的“天地气机”影响的吗?反正这总要有个理由吧?电子不可能有自由意志吧?它不能无缘无故地做出这样的选择吧?

用爱因斯坦的话说,就是“上帝不会掷骰子”……吧? 经典世界里任何事情的发生总有前因后果 —— 但是在量子世界里,电子的具体落点这件事,没有任何理由。概率的大小有理由,概率是否落实,没理由。

也许上帝就只会设定概率。玻尔说,“爱因斯坦你不要告诉上帝该怎么做。”

* 第二个大问题是,波函数是一个十分怪异的存在。 是,波函数可以让你精确计算干涉和衍射之类的现象,你觉得波函数必定是一个真实的东西。

但是咱们想想这么一个过程…… 比如一个在空中“飞行”的电子,当它还没有打在屏幕上的时候,你知道它在附近是无处不在的,它的波函数在附近各个地点都有一定的取值,波函数很实在。

可是当电子一旦打在屏幕上,它的位置就固定了,波函数瞬间就在周围其他位置都没有存在了,都变成了 0。这叫做“波函数的坍缩”。

电子从一个“波”,坍缩成了一个粒子。 那好,请问,在这个坍缩的过程中,波函数发生了什么呢? 本来是全局的,现在突然变成了一个点。

这个过程是非定域性的,是突然发生的,是不可逆的,是不连续的。你不觉得这太突兀了吗?世界上有什么东西,会突然间在各个地方消失?一个真实的物理存在怎么能这样做事呢? 物理学家总是认为什么事情都应该是逐渐地、连续地变化的,这种突变太怪了。

薛定谔就非常不喜欢像氢原子的电子能级跃迁那样的突然变化,他有一次跟海森堡和玻尔争论的时候说:“如果量子跃迁这种东西还继续存在,我就很后悔自己参与了量子力学!”

* 回顾这段历史,我们看到像玻尔、海森堡和玻恩这些人很容易就接受了量子力学,他们代表“主流”。因为这一派人物都团结在丹麦哥本哈根大学玻尔的麾下,量子力学的这个主流解释也被称为“哥本哈根解释”。

而像普朗克、爱因斯坦、德布罗意和薛定谔,虽然他们对量子力学做出了决定性的贡献,但是他们并不愿意接受“主流解释”。这是为什么呢?

这可能跟思想保守有关系,但是以我之见,这里面还有一个讲不讲哲学的问题。 如果你是工程师思维,做事只看结果,那么量子力学已经能给你提供足够好的结果了。

没有谁需要精确预测单个电子的位置!做实验都是用一大堆粒子,量子力学描写集体行为非常精确。物理学家有句话叫“Shut up and calculate!”意思就是别想那些没用的了,算就完事了。

但是有的人自带一点哲学家思维,他们非得想一想。你这一细想,那个本质的不确定性和突然间的波函数坍缩,就太难让人接受了。所以说哲学有时候也真是害人啊,思考带给你的并不总是快乐,还可能有无尽的痛苦。

不管怎么说,薛定谔方程完全打开了量子力学的大门。物理学家们走进大门,立即发现了各种各样神奇的事情。

薛定谔

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