❶ 量子力学最恐怖的实验
“薛定谔的猫”思想实验本意,其实是讽刺哥本哈根学派对量子力学的“叠加态”解释。最后,却成为了量子力学的一个最有名的科普故事。双缝干涉实验的恐怖之处在于,一个微粒子竟然具有波动性与粒子性两种状态。另外,通过人为观察,它还能做出状态改变,甚至产生“逆时空”的错觉。
先说说确定薛定谔的猫吧。
任何实验的出现,其实都是有时代背景和人文背景的,科学实验也不例外。
“薛定谔的猫”这个思想实验,出现于爱因斯坦“决定论”与玻尔“概率论”交锋的最后战场上。这时,爱因斯坦已经去世了,但是作为爱因斯坦手下第一大将的薛定谔,化悲愤为力量憋出了这个大招,来表达他的不满。
为什么不满?
因为,对量子力学的概率解释,以爱因斯坦为首的薛定谔一方是非常难以接受的。
你想想,我爱因斯坦创造了“光子”概念,你玻尔给我一堆模棱两可的概率解释,大家都还支撑你,我很郁闷。
再想想,我薛定谔创造了“波函数”,你玻恩也给出一个我无法接受的概率解释,你还得了诺奖,我很愤懑。
都是我们创造的东西,你们一伙只靠一个解释就牛逼了,还圈粉加V。苦力活都是我们做的,好处全被你们捞走了,能不愤怒吗?
(这样悲痛的心情,我是理解的)
这里其实也能看出,在物理学中,物理概念大于数学公式的重要性,理解大于应用。
说远了,再来说说老爱小薛等人反对的本质。
因为,世界上所有的物质都是由微观粒子组成的,如果微观粒子的运动是遵循概率的,那是不是意味着,宏观物体也是应该遵循概率?如果是这样,那是不是意味着我们在看月亮的时候月亮存在,我们没看月亮的时候,月亮就不存在了?这里是对玻尔等人对“波函数坍缩”解释的反对。
但玻尔说,我们明明说的是微观粒子,你用月亮来比喻,不合适啊。
于是,薛定谔想了一个办法,把微观物体的特征引入到宏观世界当中。简单来说,就是通过属于微观的元素衰变现象,来决定一只宏观世界的猫的生死。衰变触发毒气机关,猫即死;没衰变不触发毒气机关,猫即活。
因为通过量子力学“概率论”的解释,元素衰变在未经测试的情况下,被认为同时存在衰变与没衰变两种状态,这种状态称为叠加态。
这种“叠加态”和我们普通认知的所谓已经衰变了和还没有衰变是两个概念。叠加态的核心思想是同时存在。如果是这样的话,那这只猫就应该同时处于已经死了和还没有死的叠加态中。
但其实上,这个实验本质是荒谬的,没有科学依据。
❷ 是什么导致了量子领域和我们所观察到的实际世界之间的区别
量子层面上的事物怎么可能与我们在日常生活中观察到的事物如此不同呢?为什么会这样呢?
新量子理论的基本观点是,宇宙是由量子场构成的,这些量子场被“捆绑”在高度统一的空间扩展的场能“包”中。这些束通常被称为“粒子”,但它们不是粒子,因为每个束都在空间中展开,没有明确的边界。许多物理学家称这些能量束为“量子”。“最简单的例子就是电磁场。
但是光子是一个空间扩展的对象,而整个扩展的对象必须同时创建。所以光子内部的不同点必须协调,以确保,如果光子存在于某一点,它也存在于其他所有点。这种不同空间点之间的瞬时协调被称为“量子非定域性”,是许多奇量子效应的来源,例如一个量子能够同时出现在两个或多个地方。举个具体的例子,在光的双缝实验中,每个光子都通过两个缝。
❸ 量子力学是否证明了现实的客观存在,是虚幻的
我不是这方面的专家,但这个问题困扰着我,我会试着回答。相信这一点的人通常对物理学和哲学的理解很差。这就好比说爱因斯坦证明了一切都是相对的。无论我们观察与否,现实都在那里。特别是,当物理学家使用“观察”这个词时,它就像我例子中的“相对”,它的意思并不是一般人假设的那样。有一些特定的相互作用会瓦解波函数,它们一直在发生,不管周围有没有有知觉的生物,这有决定性的效果。
一些拥有神秘思想的人用量子力学的模糊概念来否认任何事物的存在,或者意识是一种量子效应,或者存在像读心术或扭转场这样的神秘力量,它们都在量子层面上运作。他们的解释是:X是神秘的,量子物质是神秘的,因此X可能是量子效应。但即使是我,一个非物理学家,也知道量子物质并不那么神秘,它遵循明确的物理定律,完全有可能被掌握,而且与任何Deepak Chopra认为是现实的本质无关。
这就是规则:随机性和其他奇怪的东西通常会被平均掉。也有一些奇怪的例外,比如:把一个带有天线特性阻抗的屏蔽电阻连接到无线电接收器上,你就会把它转换成一个非常好的约翰逊(不,不是以我的名字命名的)噪声放大器。这个噪声是随机的,它是随机的是因为量子力学。
但就像我说的,这是一个相当奇怪的例外:大多数电子产品都是故意在输出中去除随机性(或严格限制随机性)。
这样的例子太专门化了,也太罕见了,不足以证明我们从“新时代”骗子那里看到的谬论的量子飞跃,他们试图用量子力学来解释各种神秘的事情。
❹ 量子理论的内容是什么
量子力学
有人引用量子力学中的随机性支持自由意志说,但是第一,这种微观尺度上的随机性和通常意义下的宏观的自由意志之间仍然有着难以逾越的距离;第二,这种随机性是否不可约简(irrecible)还难以证明,因为人们在微观尺度上的观察能力仍然有限。
自然界是否真有随机性还是一个悬而未决的问题。统计学中的许多随机事件的例子,严格说来实为决定性的。 量子力学是研究微观粒子的运动规律的物理学分支学科,它主要研究原子、分子、凝聚态物质,以及原子核和基本粒子的结构、性质的基础理论,它与相对论一起构成了现代物理学的理论基础。量子力学不仅是近代物理学的基础理论之一,而且在化学等有关学科和许多近代技术中也得到了广泛的应用。
量子力学的发展简史
量子力学是在旧量子论的基础上发展起来的。旧量子论包括普朗克的量子假说、爱因斯坦的光量子理论和玻尔的原子理论。
1900年,普朗克提出辐射量子假说,假定电磁场和物质交换能量是以间断的形式(能量子)实现的,能量子的大小同辐射频率成正比,比例常数称为普朗克常数,从而得出黑体辐射能量分布公式,成功地解释了黑体辐射现象。
1905年,爱因斯坦引进光量子(光子)的概念,并给出了光子的能量、动量与辐射的频率和波长的关系,成功地解释了光电效应。其后,他又提出固体的振动能量也是量子化的,从而解释了低温下固体比热问题。
1913年,玻尔在卢瑟福有核原子模型的基础上建立起原子的量子理论。按照这个理论,原子中的电子只能在分立的轨道上运动,原子具有确定的能量,它所处的这种状态叫“定态”,而且原子只有从一个定态到另一个定态,才能吸收或辐射能量。这个理论虽然有许多成功之处,但对于进一步解释实验现象还有许多困难。
在人们认识到光具有波动和微粒的二象性之后,为了解释一些经典理论无法解释的现象,法国物理学家德布罗意于1923年提出微观粒子具有波粒二象性的假说。德布罗意认为:正如光具有波粒二象性一样,实体的微粒(如电子、原子等)也具有这种性质,即既具有粒子性也具有波动性。这一假说不久就为实验所证实。
德布罗意的波粒二象性假设:E=ħω,p=h/λ,其中ħ=h/2π,可以由E=p²/2m得到λ=√(h²/2mE)。
由于微观粒子具有波粒二象性,微观粒子所遵循的运动规律就不同于宏观物体的运动规律,描述微观粒子运动规律的量子力学也就不同于描述宏观物体运动规律的经典力学。当粒子的大小由微观过渡到宏观时,它所遵循的规律也由量子力学过渡到经典力学。
量子力学与经典力学的差别首先表现在对粒子的状态和力学量的描述及其变化规律上。在量子力学中,粒子的状态用波函数描述,它是坐标和时间的复函数。为了描写微观粒子状态随时间变化的规律,就需要找出波函数所满足的运动方程。这个方程是薛定谔在1926年首先找到的,被称为薛定谔方程。
当微观粒子处于某一状态时,它的力学量(如坐标、动量、角动量、能量等)一般不具有确定的数值,而具有一系列可能值,每个可能值以一定的几率出现。当粒子所处的状态确定时,力学量具有某一可能值的几率也就完全确定。这就是1927年,海森伯得出的测不准关系,同时玻尔提出了并协原理,对量子力学给出了进一步的阐释。
量子力学和狭义相对论的结合产生了相对论量子力学。经狄拉克、海森伯和泡利等人的工作发展了量子电动力学。20世纪30年代以后形成了描述各种粒子场的量子化理论——量子场论,它构成了描述基本粒子现象的理论基础。
量子力学是在旧量子论建立之后发展建立起来的。旧量子论对经典物理理论加以某种人为的修正或附加条件以便解释微观领域中的一些现象。由于旧量子论不能令人满意,人们在寻找微观领域的规律时,从两条不同的道路建立了量子力学。
1925年,海森堡基于物理理论只处理可观察量的认识,抛弃了不可观察的轨道概念,并从可观察的辐射频率及其强度出发,和玻恩、约尔丹一起建立起矩阵力学;1926年,薛定谔基于量子性是微观体系波动性的反映这一认识,找到了微观体系的运动方程,从而建立起波动力学,其后不久还证明了波动力学和矩阵力学的数学等价性;狄拉克和约尔丹各自独立地发展了一种普遍的变换理论,给出量子力学简洁、完善的数学表达形式。
海森堡还提出了测不准原理,原理的公式表达如下:ΔxΔp≥ħ/2。
量子力学的基本内容
量子力学的基本原理包括量子态的概念,运动方程、理论概念和观测物理量之间的对应规则和物理原理。
在量子力学中,一个物理体系的状态由态函数表示,态函数的任意线性叠加仍然代表体系的一种可能状态。状态随时间的变化遵循一个线性微分方程,该方程预言体系的行为,物理量由满足一定条件的、代表某种运算的算符表示;测量处于某一状态的物理体系的某一物理量的操作,对应于代表该量的算符对其态函数的作用;测量的可能取值由该算符的本征方程决定,测量的期待值由一个包含该算符的积分方程计算。
态函数的平方代表作为其变数的物理量出现的几率。根据这些基本原理并附以其他必要的假设,量子力学可以解释原子和亚原子的各种现象。
根据狄拉克符号表示,态函数,用<Ψ|和|Ψ>表示,态函数的概率密度用ρ=<Ψ|Ψ>表示,其概率流密度用(ħ/2mi)(Ψ*▽Ψ-Ψ▽Ψ*)表示,其概率为概率密度的空间积分。
态函数可以表示为展开在正交空间集里的态矢比如|Ψ(x)>=∑|ρ_i>,其中|ρ_i>为彼此正交的空间基矢,<m|n>=δm,n为狄拉克函数,满足正交归一性质。
态函数满足薛定谔波动方程,iħ(d/dt)|m>=H|m>,分离变数后就能得到不含时状态下的演化方程H|m>=En|m>,En是能量本征值,H是哈密顿能量算子。
于是经典物理量的量子化问题就归结为薛定谔波动方程的求解问题。
关于量子力学的解释涉及许多哲学问题,其核心是因果性和物理实在问题。按动力学意义上的因果律说,量子力学的运动方程也是因果律方程,当体系的某一时刻的状态被知道时,可以根据运动方程预言它的未来和过去任意时刻的状态。
但量子力学的预言和经典物理学运动方程(质点运动方程和波动方程)的预言在性质上是不同的。在经典物理学理论中,对一个体系的测量不会改变它的状态,它只有一种变化,并按运动方程演进。因此,运动方程对决定体系状态的力学量可以作出确定的预言。
但在量子力学中,体系的状态有两种变化,一种是体系的状态按运动方程演进,这是可逆的变化;另一种是测量改变体系状态的不可逆变化。因此,量子力学对决定状态的物理量不能给出确定的预言,只能给出物理量取值的几率。在这个意义上,经典物理学因果律在微观领域失效了。
据此,一些物理学家和哲学家断言量子力学摈弃因果性,而另一些物理学家和哲学家则认为量子力学因果律反映的是一种新型的因果性——几率因果性。量子力学中代表量子态的波函数是在整个空间定义的,态的任何变化是同时在整个空间实现的。
20世纪70年代以来,关于远隔粒子关联的实验表明,类空分离的事件存在着量子力学预言的关联。这种关联是同狭义相对论关于客体之间只能以不大于光速的速度传递物理相互作用的观点相矛盾的。于是,有些物理学家和哲学家为了解释这种关联的存在,提出在量子世界存在一种全局因果性或整体因果性,这种不同于建立在狭义相对论基础上的局域因果性,可以从整体上同时决定相关体系的行为。
量子力学用量子态的概念表征微观体系状态,深化了人们对物理实在的理解。微观体系的性质总是在它们与其他体系,特别是观察仪器的相互作用中表现出来。
人们对观察结果用经典物理学语言描述时,发现微观体系在不同的条件下,或主要表现为波动图象,或主要表现为粒子行为。而量子态的概念所表达的,则是微观体系与仪器相互作用而产生的表现为波或粒子的可能性。
量子力学表明,微观物理实在既不是波也不是粒子,真正的实在是量子态。真实状态分解为隐态和显态,是由于测量所造成的,在这里只有显态才符合经典物理学实在的含义。微观体系的实在性还表现在它的不可分离性上。量子力学把研究对象及其所处的环境看作一个整体,它不允许把世界看成由彼此分离的、独立的部分组成的。关于远隔粒子关联实验的结论,也定量地支持了量子态不可分离
❺ 为什么我们观测量子,量子就会发生改变
量子力学可能崩塌你的“科学”世界观:人类的主观意识是客观物质世界的基础
量子力学的诡异现象
量子力学也是自然科学史上被实验证明最精确的一个理论,但是量子的观念,没有人能够理解。我说的没有人能够理解,绝不是指像我们这个层次的人,而是说连量子力学的创始人都不能理解。
那么量子力学最不好懂的是些什么问题呢?我先把量子力学中人们最不好懂的东西介绍给大家,而最不好懂的东西最后恰好是证明了:意识不能被排除在客观世界之外。一定要把意识加进去你才能够认识搞懂它。
1、态叠加与坍缩
量子力学的第一个诡异现象叫做态叠加原理和坍缩。
为了解释量子力学观念,我先说说普通人的日常经验。一般人认为客观物体一定要有一个确定的空间位置,这种存在,是不以人的意志为转移的、是客观的。比如说,我的女儿现在在客厅里面,或者说我的女儿现在不在客厅里面,两者必居其一。
女儿可以既在又不在客厅里吗?
但在量子力学里就不一样了。量子力学就像说你的女儿既在客厅又不在客厅,你要去看这个女儿在不在,你就实施了观察的动作。你一观察,这个女儿的存在状态就坍缩了,她就从原来的,在客厅又不在客厅的叠加状态,一下子变成在客厅或者不在客厅的唯一的状态了。
所以量子力学怪就怪在这儿:你不观察它,它就处于叠加态,也就是一个电子既在A点又不在A点。你一观察,它这种叠加状态就崩溃了,它就真的只在A点或者真的只在B点了,只出现一个。
那有人就会说了:这是诡辩,你怎么知道电子不观察它的时候,它既在A点又不在A点呢?
好,这就是量子力学发展过程中,很多实验确证的事情,其中一个最著名最重要的实验,就是干涉实验证实。
电子同时在两处。
电子在没有观测的时候,没有确定的状态。所以这件事是量子力学最诡异的事情。懂了这个,就懂了量子力学最诡异的东西,而且随后我们就能来证明:量子力学离不开意识,意识是量子力学的基础。
2、单体的叠加态:薛定谔的猫
刚才说的是量子力学第一个诡异之点,现在我们来看看这个诡异之点往下推论,能够推出什么结果。最后结果会使大家认识到,意识是量子力学的基础,物质世界和意识不可分开。这个实验是量子力学的创始人薛定谔提出的,被称为“薛定谔的猫”。
死又活的叠加态猫
现在我来说薛定谔的实验是什么:把一只猫放进一个封闭的盒子里,然后把这个盒子接到一个装置上,这个装置包含一个原子核和一个毒气设施。原子核有百分之五十的可能性发生衰变,衰变的时候就会发射出一个粒子来,这个粒子一发出来就会触发毒
❻ 量子纠缠如此诡异,有没有办法可以证明其成立
在量子力学里,当几个粒子在彼此相互作用后,由于各个粒子所拥有的特性已综合成为整体性质,无法单独描述各个粒子的性质,只能描述整体系统的性质,则称这现象为量子缠结或量子纠缠。粒子沿着不同轴向的自旋彼此之间是不相容可观察量,对于这些不相容可观察量作测量必定不能同时得到明确结果,这是量子力学的一个基础理论。
量子纠缠与量子系统失序现象、量子信息丧失程度密切相关。量子纠缠越大,则子系统越失序,量子信息丧失越多;反之,量子纠缠越小,子系统越有序,量子信息丧失越少。因此,冯诺伊曼熵可以用来定量地描述量子纠缠,另外,还有其它种度量也可以定量地描述量子纠缠。量子纠缠是一种物理资源,如同时间、能量、动量等等,能够萃取与转换。 现在科学是成立的,比如量子密钥分发,使通信双方共同拥有一个随机、安全的密钥,来加密和解密信息。
❼ 量子力学的意义是不是意识的观察创造了物质
量子力学的解释有多种,其纠纷一直影响到现在。
哥本哈根学派的解释被视作正统和权威观点,他们主导的波函数的概率解释、不确定性原理等等会导致量子纠缠等一系列效应,这些在实验上也得到了证实。只要我们一深究,就会得到人类的观测行为会影响粒子的运动这样的结论,换个说法,就是:意识活动能决定整个宇宙的发展历史。这个说法非常惊人,现在被当做一个禁区被高高挂起。但真的好像所有实验现象都偏向了哥本哈根学派的这一方。
其他的解释比如爱因斯坦坚持微观粒子应该具有确定性,实在性,定域性,认为量子力学是不完备的;埃弗雷特的多世界解释,认为整个宇宙处在不同量子态的叠加中。等等。
❽ 量子力学诡异在哪靠它诞生的尖端科学成果有哪些
量子力学就诡异在它是微观世界中种种规律的一门学科。靠量子力学诞生的各种尖端科学成果,比如说量子加密,量子通讯,量子飞船。我们都知道,二十一世纪,人类在科学的各个领域都已经取得了充足的进步和突破,但是,我们对宇宙的探索,科学的扩展,仍然没有找到尽头。
时至今日,量子力学,已经成了前沿物理学最不可或缺的学科之一。但是,上世纪著名物理学家费曼,曾经对量子论有一个著名的论断,“没人能够真正了解量子力学”。
包括人类日常生活中离不开的手机,电脑,都有赖于量子力学的进步。总而言之,量子论的重要性,是毋庸置疑的。未来,等到人们真正的掌握了量子力学之后,也会因此打开新科技时代的大门。
❾ 爱因斯坦反感新量子理论,他信奉什么
作为20世纪最伟大的物理学家之一,爱因斯坦生前的一言一行都备受关注,其对新量子力学的质疑曾引起学界争论。
上个世纪,和相对论并重的另一大理论就是隔壁班的量子力学。
量子力学的建立以1900年普朗克提出的能量量子化为标志。1905年,爱因斯坦在能量量子化的概念基础上提出来光量子假说,大力推动了量子力学的发展。
普朗克和爱因斯坦可以算作是量子力学的第一代耕耘者。他们也被视为旧量子理论的创始人。之后量子力学的话语权落到以玻尔为首的哥本哈根学派手中。 除此之外,对微观世界的解释还有多宇宙诠释理论。哥本哈根学派和多宇宙诠释理论一并被称为新量子理论。当然,哥本哈根学派的影响力远远碾压了后者。文中所说的新量子论特指哥本哈根学派。
爱因斯坦
答案显而易见,爱因斯坦错了。但贝尔实验一直饱受有漏洞的诟病。直到2016年开始,科学家利用超过10万人的自由意志做了升级版大贝尔实验。
实验结果于北京时间2018年5月10日公布了,其结果强有力地证明了爱因斯坦的定域实论是错的, 量子力学理论是对的!经历了100年,我们终于可以为新量子力学洗白了!
但是还有人不甘心,毕竟这10万人都在地球上,只有排除了任何光速以下的“隐变量”,才能证明量子纠缠的确是“魔鬼般的超距作用”。
科学家接下来计划在月球上做贝尔实验。到时候全民又有机会参与这样伟大的实验了。