量子物理史话? !那么,量子物理史话?一起来了解一下吧。
《上帝掷骰子吗》是关于量子论的故事。量子论是一个极为奇妙的理论:从物理角度来说,它在科学家中间引起了最为激烈的争议和关注;从现实角度来说,它给我们的社会带来了无与伦比的变化和进步;从科学史角度来说,也几乎没有哪段历史比量子论的创立得到了更为彻底的研究。然而不可思议的是,它的基本观点和假说至今没有渗透到大众的意识中去,这无疑又给它增添了一道神秘的光环。
众所周知,爱因斯坦与玻尔有着长期的,热烈的争论,以及爱因斯坦的一句名言“上帝是不掷骰子的”更是流传甚广。可就目前看来,爱因斯坦似乎是过于顽固了。
曹天元(capo),1981年出生于上海,在上海就读高中,之后赴香港读大学,毕业于电子信息工程专业,目前在做理财规划,电子商务和客户管理方面的工作。
80后,神秘客大话科学史,用“80后语言”叙述科学江湖。《量子物理史话——上帝掷骰子吗?》最新修订版,给力上市。2006 荣获第三届“吴大猷科普奖”
书 名:《量子物理史话》
作者:曹天元著
出 版 社:辽宁教育出版社
出版时间:2011-5-1
我们来看什么是电子。电子只是能量,或者说,是能量的一种存在形式,它以量子的形式存在,就是说,它是一份能量。因而电子具有粒子的特性,例如它不可分解为两个半份能量(至少在50年前我们可以这样认为),所以,它只能通过一条缝,它只能落在一个点上。一个萝卜一个坑,大萝卜无非也是一个大坑而已。
回到我们著名的双缝干涉实验。双缝对电子而言,其实也是一种观测,在这个时候,电子必须改变它的状态,因为它不能分解成两(半)份能量,它只能选择其中一条缝(以一定的概率)。到显示屏的时候,同样的,电子被观测(无论这时候有没有人在看),于是电子落在显示屏上,形成一个亮点。其位置?对不起,我不能预言,我只知道它落在某个点的概率是多少。显而易见,上帝在这一刻掷了骰子。虽然我们不知道他老人家每一次会掷出几点,但幸运的是,我们知道,点数在1~6
之间,而且扔多了,这几个点数出现的次数基本相等。总的来说,自然还是可预测的,除了姚明能不能抢到下个篮板。
再来解释爱因斯坦提出的问题。电子在某处分裂成A、B两个,劳燕分飞。在天际尽头的甲,看到A是左旋的,根据守恒定律,他知道了B一定是右旋的。也就是说,如果同时乙同学在天际另一头看到的B一定是右旋的。但是根据哥本哈根解释,在A、B被观测之前,它们的状态是不确定的,而在被观测的刹那发生了波函数坍塌,A选择了左旋的同时B选择了右旋。但是由于没有信息可以高于光速传播,所以被观测的刹那它们如此心有灵犀是不可能的。
其实这里就是观测的定义问题,按照我们上面所说的定义,似乎容易说得通。首先电子是不是可以分裂我不知道。那假设两个电子吧,道理是一样的。当它们分开的时候,其实状态发生了改变,我们可以将其定义为观测。在观测的时候,电子在遵守规律(能量守恒、波函数等)的前提下发生了状态的改变,它们仍以波的形式存在,但是方向遵守守恒定律。它们的改变后的状态,在那一刹那已经确定,而不是等有人去看的时候才作出的选择。
能量是一种波,或者,准确的说,波是能量的存在形式(其实从来都没有人告诉我波到底是什么,现在我就这样定义一下吧)。基本粒子是一种能量,所以基本粒子也以波的形式存在,遵守波函数的规律。以基本粒子构成的一块石头呢?当然也以波的形式存在,只是石头里面的基本粒子复杂的相互作用,所以体现的主要是质量而不是能量,但是仍然有不可察觉的,可以忽略的德布罗意波。信不信,如果你能将这些相互作用消除,石头就可以绕过圆盘,形成一个炫目的泊松亮斑。
参考文献:上帝掷骰子么?-量子物理史话
http://www.gougou.com/search?search=%E9%87%8F%E5%AD%90%E5%8A%9B%E5%AD%A6%E5%8F%B2%E8%AF%9D&restype=-1&id=9999999&ty=0
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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,在轨道上运动时候电子既不吸收能量,也不放出能量。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年提出了物质波这一概念。认为一切微观粒子均伴随着一个波,这就是所谓的德布罗意波。
德布罗意的物质波方程: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(又称海森堡,下同)和泡利(pauli)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。
以上就是量子物理史话的全部内容, ..。