《上帝掷骰子吗:量子物理史话》读书笔记Ⅱ

量子世界是一个微观而又复杂的世界,是一个让物理学家们尽情发挥想象的地方。在不断地观测、计算、实验的重复过程中,人们从物理学到数学到哲学甚至走到“意识”理论,多宇宙理论的丛林。这些从理论到达充满幻想的世界,让思维来了一次奇妙的时空穿梭旅行。真的是奇妙而又惊险刺激的体验。

但是后面的理论也伴随着深奥、不可理解和不可描述性的特点。无论作者想要如何的用浅显易懂的语言去描述,这些理论本身也是如科幻小说般,让人觉得不真实和难以理解。

上一次的笔记中,我们说到光的波动说和微粒说陷入了僵局。在这个争论的过程中海森堡直接从观测到的原子谱线出发,引入矩阵的数学工具建立了矩阵力学。它强调观测到的分立性和跳跃性,从本质上是微粒说。薛定谔从波动理论出发得出了波动方程。它强调电子作为波的连续性一面。但是最终物理学家们却证实了这两种力学在数学上来说是完全等价的。也就是说从矩阵出发可以推导出波动函数的表达形式来,而反过来从波函数也可以导出矩阵。人们不禁会想难道它们仅仅在数学上是等价的吗?

这说明什么,难道这不是说明光既具有波动性又具有粒子性吗?这就是著名的光的波-粒二象性理论。

在电子通过双缝前,假如我们不去测量它的位置,那么它的波函数就按照方程发散开去,同时通过两个缝而自我相互干涉。但要是我们试图在两个缝上装个仪器以探测它究竟通过了哪条缝,在那一刹那,电子的波函数便坍缩了,电子随机地选择了一个缝通过。也就是说光到底是波还是粒子,这取决于我们的观测方式,我们在不同的观测方式下,光展示出不同的特点,在经过双缝时,它展现出波动性,相互干涉,但是当让它打到屏幕上时,它就是一个点,显示出粒子性。但是波和粒子性在同一时刻不会同时展现。

很难想象人们从电子的双缝干涉实验推导到宏观世界,推导到多宇宙理论。然而很多理论的真实性,我们并无从知晓,很多都是假设和推想,但是就像牛顿的万有引力也被爱因斯坦证明了只是低速下物体运动的一种特殊情形。宇宙乃至世界都是有很多我们并不了解的地方,有很多需要我们去探索的地方。

最后说说量子论对世界做出的巨大改变。量子论驾临分子物理领域,成功地解释了化学键和轨道杂化,从而开创了量子化学学科。在量子论的指导下,我们认识了超导和超流,我们掌握了激光技术,我们造出了晶体管和集成电路,为一整个新时代的来临真正做好了准备。

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