怎樣形象地理解量子力學中違反「常識」的理論?
量子力學從其創立之初,就拌隨著諸多爭議。數學物理學家,與霍金一起提出並證明了引力奇點的羅傑·彭羅斯,曾嘲笑道:「對量子力學有許多不同的態度,這些態度數量之多,恐怕比量子物理學家的數量還多。這並不矛盾,因為許多量子物理學家同時持有多種不同的觀點。」
在眾多學派當中,量子力學的哥本哈根詮釋逐漸獲得了大部分量子物理學家的認同。
量子力學的哥本哈根詮釋包含了幾個重要的觀點:
一個量子系統的量子態可以用波函數來完全地表述。波函數代表一個觀察者對於量子系統所知道的全部信息。
2.按照玻恩定則,量子系統的描述是概率性的。一個事件的概率是波函數的絕對值平方。(馬克斯·玻恩)
3.不確定性原理闡明,在量子系統里,一個粒子的位置和動量無法同時被確定。(海森堡)
4.物質具有波粒二象性;根據互補原理,一個實驗可以展示出物質的粒子行為,或波動行為;但不能同時展示出兩種行為。(尼爾斯·玻爾)
5.測量儀器是經典儀器,只能測量經典性質,像位置,動量等等。
6.對應原理:大尺度宏觀系統的量子物理行為應該近似於經典行為。(尼爾斯·玻爾與海森堡)
哥本哈根詮釋歸納起來有三個核心:玻恩的概率解釋、海森堡的不確定性原理、玻爾的互補原理。
這三大核心原理合力摧毀了我們對世界的認知:前兩者合力摧毀了經典世界的因果性,後兩者合力搗毀了世界的客觀性。
而大部分不能理解這三大原理的人,要麼認為量子力學是瞎扯的,要麼無限擴大其定義域,將量子力學推廣到生物學用來解釋靈魂和穿牆術等神術,更發展出平行宇宙等等一系列超出量子微觀角度的「玄學」來。
我們用一個簡單的現象來理解哥本哈根詮釋。
一個硬幣一般情況下它的狀態,我們認為它要麼是正面,要麼是反面,這是很明確的。但是,有一種情況,它的狀態是不明確的,這種情況就是當它在旋轉的時候,我們是不知道它是正面還是反面的。
這種狀態,我們認為它是量子狀態(我們用硬幣代替粒子,實際上在宏觀世界這不是量子態)。這時,可以用一個波函數來描述它的狀態,也即用這個波函數來描述硬幣在旋轉時正面和反面的概率。但是,當我們想去測量清楚它到底是正面還是反面時,我們就必須將硬幣摁倒,這就破壞了硬幣正在旋轉的這種量子態,也就是它的波函數坍縮了。
而在硬幣旋轉的時候,硬幣就處於正面和反面的疊加態,或者說它即表現出是正面,又表現出是反面,這就類似於量子表現出波動性和粒子性一樣。
如果你不能理解量子的這幾種基本的性質,那麼量子力學所有理論你就最好不要評論了。
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