【文魁大脑读书会2016】 薛莲 第41本/100《量子宇宙》2

《量子宇宙》,阅读第2天

阅读时间:2016年4月9日,21:00-22:00,1小时;

阅读书本:《量子宇宙》,作者:【英】布莱恩·考克思、杰夫·福修;重庆出版集团,重庆出版社P23-P42;

阅读目标:了解有关量子力量的基础知识,扩充我的物理学认知

阅读方法:细读

阅读感想:

今天的阅读在试图逐字理解这些基本概念。结合实际生活与概念,有以下两个感悟:

1、“粒子的运动遵循概率规律,但概率本身的传播是根据因果关系定律。”

我的理解是,生活就是正在遵循这样一个概率规律,你做A事件,有可能导致B事件的发生,也有可能导致C事件的发生,D、E…但是,并不确定,只是导致B事件的发生有一个概率,C、D、E…都一样,都只有一个概率。

但是,针对这些可能的事件结果(B、C、D、E…)的概率传播却又遵循着因果关系定律。比如,你付出爱会得到爱,你努力会有成果,你不努力天上不会掉馅饼…这是因果关系所不确定的,是其结果产生的程度,有大概率事件,也有小概率事件罢了。

2、“粒子可能在一瞬间跃迁到任何地方和每一个地方。我们的粒子将同时既近在以纳米为距离的地方,也远在10亿光年的遥远星系中的一颗恒星的核心。”

我的理解是,我们普遍理解的传播是象汽车行驶、飞机行驶、光速传播…这样子的,就是它们的移动都是连续的,只不过速度的快慢罢了。但是,粒子的跃迁,显然不是连续的。假设我们正在对一个PDF格式的100页的文章翻页,传统我们理解的移动就好像是用鼠标滚轮在翻页,是有连续性的;而跃迁就好像是在搜索页中输入第X页,一下就跳到了那一页,是没有过程的……一下就跃迁过去了,它刚才还在眼前,瞬间就已在另一个星球……量子宇宙的世界就是这么神奇,它吸引我想更多地了解。


双缝干涉的波


双缝干涉的波

阅读笔记:

第三章,粒子是什么?

理查德·费曼不仅建立了量子力学的最简单的公式,他还能够把他对物理学的深刻理解写到纸面上,并且以无与伦比的清晰和最少异议地讲解出来。

我们会将这些直觉的、散开的,然后像点一样的粒子称为“量子粒子”。

双缝实验将电子的行为和波的行为连接在一起。在波长最长的地方最可能找到电子,在波长最短的地方最不可能找到电子。当这个波最终达到屏幕时,出现的一个小点告诉我们电子的位置。该电子波的唯一作用是让我们计算电子击打屏幕某个特定位置的几率

为了得到干涉条纹,需要让波通过两个狭缝,这意味着必须容许电子采取所有可能的途径从源跑到屏幕。换句话说,当我们说电子“在波内的某处”,我们实际是想说它也同时无处不在,在波的每一个地方。

“电子怎样到达屏幕”的正确答案,是“它沿着无限多条可能的途径行进,有一些通过上狭缝,有一些通过下狭缝”。

显然电子不是一个普通的、日常的粒子。这就是它是量子粒子的意思。

我们也可以用指向中间时间的时钟代表波峰和波谷之间的波的位置,就像我们为新月和满月之间的月亮相位所做的那样。两个相继波峰或两个相继波谷之间的距离是一个重要的数值,它叫做波长。

我们想象电子波“像水波一样”传播,这个波像水波一样传播和干涉

在一个量子粒子的情况下,要更复杂,因为它在每一个点需要一个时钟钟面,而不是一个单一的数字。这个场通常称为粒子的波函数。

用物理学的术语,这里所以要用时钟是因为波函数是一个“复数”场。

如果我们决定将我们对宇宙的描述仅仅限制在可以直接感知的事物上,在物理学上我们就不会走得更远。

希腊符号“普西”,代表波函数,薛定谔方程描述它如何随着时间变化。

量子理论,在20世纪20年代中期有一个“男孩物理学”的昵称,因为太多的关键人物是年轻人。

波恩因为对波函数的解释,在1954年获得了诺贝尔物理学奖,他的基本解释是:在一个特定点,时钟指针长度的平方代表在该处发现粒子的概率。

假设理论认为在某个点找到一个粒子的几率是0.01(因为在这一点时钟的指针长度为0.1),那么当我们围绕这点竖立盒子时,在100次当中要有一次在这个盒子中找到这个粒子。

量子理论的概率,我们即使在原则上也不能预测粒子将会在什么地方

我们可以绝对精确地预测的,是在一个特定的地方发现粒子的概率。

更重要的是,我们可以绝对精确的预测概率如何随时间变化。

波恩在1926年完美地表达了这一点:“粒子的运动遵循概率规律,但概率本身的传播是根据因果关系定律。”

牛顿定律允许我们计算粒子在任何特定时间内的位置和速度,量子力学可以让我们计算在一个特定的地方发现它们的概率。

理论和实验进展表明,大自然真的是用随机数,在预测粒子位置中确定性的丧失,是一种物理世界的内在特性:概率是我们所能做得最好的。

第四章,什么事情都可能发生

时钟从一个时刻到下一个时刻是如何变化的。这一规则将替代牛顿第一定律,以便让我们能够预测,如果让一个粒子单独存在它会怎样。单个时钟代表位于空间一个特定点的一个粒子,粒子在稍后时候,可以在宇宙间的任何别的地方

如果我们从时间为零的位于一定位置的一个粒子开始,那么在“零时间上再加一点点”后,我们应该画一个大量的、事实上无限多的新时钟阵列,充满整个宇宙。这就承认粒子可能在一瞬间跃迁到任何地方和每一个地方。我们的粒子将同时既近在以纳米为距离的地方,也远在10亿光年的遥远星系中的一颗恒星的核心。

一个粒子跃迁穿过宇宙相应的动力学与信息传播是完全不同的,因为我们事先不知道粒子要跃迁到哪儿。

当我们展开这本书时,我们看到在日常世界中的秩序真的是从这种极其荒谬的行为中产生的。

许多问题太困难了,以致不能在一次的智力的飞跃中解决,深刻的理解很少出现在发现它的时刻。诀窍是要把确保你理解的每一小步,在足够数量的步骤之后就会更全面、更深刻地理解它。

初始设置的时钟用一个小圆圈代表,箭头表示粒子从每一个初始时钟的位置跃迁到X点,在这个过程中“放置”一个新的时钟。当然,这就为每一个初始时钟在X点提供了一个新的时钟,并且我们必须把所有这些时钟叠加在一起,以便在X位置构建最终的、确定的时钟。这个最终时钟指针的大小,给出我们在稍后的时间在X点找到粒子的几率。


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