最近把《量子力學(xué)史話》看完,這是一本講述量子力學(xué)發(fā)展的科普書(shū)籍,20世紀(jì)最聰明的天才門(mén)聚齊一起,像愛(ài)因斯坦、波爾、普朗克、狄拉克、薛定諤、海森堡等等,利用他們天才的創(chuàng)超性思維,打開(kāi)了通往微觀世界的大門(mén),在微觀世界里,奧妙無(wú)窮,往往讓人一頭霧水,反常識(shí)經(jīng)常出現(xiàn),下面就介紹幾個(gè)關(guān)于量子力學(xué)中的反常識(shí)。
一、能量量子化
在19世紀(jì)末,經(jīng)典物理學(xué)得到了空前的發(fā)展和巨大的成功,以牛頓的經(jīng)典力學(xué)、麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論和經(jīng)典統(tǒng)計(jì)力學(xué)為三大支柱理論體系,可以解釋所已知的所有物理現(xiàn)象和自然規(guī)律,在那個(gè)年代,有一種樂(lè)觀的認(rèn)為,自然界規(guī)律完全被我們?nèi)祟愓莆樟?,后輩們的研究只需多加幾位小?shù)點(diǎn)就行了,但是,當(dāng)科學(xué)家們沉浸在喜悅之中時(shí),德國(guó)物理學(xué)家普朗克為了解釋“黑體輻射”(高中物理3-5學(xué)過(guò)的)問(wèn)題,提出了當(dāng)時(shí)連他自己都深度懷疑的“能量子”假設(shè),提出了一個(gè)大名鼎鼎的普朗克輻射公式。
該假設(shè)開(kāi)始被當(dāng)時(shí)眾多科學(xué)家們反對(duì),因?yàn)樗耆嵏擦巳藗儗?duì)世界的認(rèn)知,但經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)該公式計(jì)算的結(jié)果卻和實(shí)驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)完全一直,頓時(shí),科學(xué)家們一片茫然,那能量量子化到底是什么意思呢,下面具體說(shuō)明一下。
能量量子化簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是認(rèn)為,我們生活中的能量是不連續(xù)的,是分立的,它是由一個(gè)一個(gè)能量子組成,能量只能是能量子的整數(shù)倍,公式表述如下:
ε=hν
學(xué)過(guò)高中物理的應(yīng)該知道,ν表示頻率,h為普朗克常量,ε為頻率為ν的能量子。
在人們都認(rèn)為我們這個(gè)世界是連續(xù)的時(shí)候,普朗克現(xiàn)在忽然提出能量是不連續(xù)的,這讓人們?nèi)绾谓邮?,包過(guò)普朗克本人也是,普朗克把自己的這種行為稱為“孤注一擲的行動(dòng)”,他還說(shuō),自己的這個(gè)發(fā)現(xiàn)要么是荒誕無(wú)稽的,要么是自牛頓以來(lái)最偉大的發(fā)現(xiàn)之一,當(dāng)然,我們現(xiàn)在知道了,他的發(fā)現(xiàn)是屬于后者的,普朗克提出的能量子觀點(diǎn),打開(kāi)了量子力學(xué)的大門(mén),在一次重新塑造了人類對(duì)世界的認(rèn)知。
能量是量子化的,那么我們客觀世界是不是也是量子化的呢?比如說(shuō)質(zhì)量、長(zhǎng)度,甚至?xí)r間和空間,這類問(wèn)題目前還沒(méi)有明確答案,但給了我們無(wú)盡的想象空間,確實(shí),人類在“上帝”面前確實(shí)就是一個(gè)小孩,不時(shí)給東西他吃,但小孩永遠(yuǎn)不知道他有多少東西。
二、疊加態(tài)
關(guān)于疊加態(tài)的介紹,有一個(gè)經(jīng)典的思想實(shí)驗(yàn)——薛定諤的貓
從我們客觀常識(shí)角度看,人要么生要么死,買(mǎi)彩票要么中獎(jiǎng)要么不中獎(jiǎng),不存在即生又死的人,也不存在即中獎(jiǎng)有沒(méi)中獎(jiǎng)的彩票,但量子力學(xué)已經(jīng)證明,萬(wàn)事萬(wàn)物確實(shí)存在疊加態(tài),這一點(diǎn)在微觀粒子中表現(xiàn)明顯,粒子的波粒二象性就說(shuō)明粒子有時(shí)表現(xiàn)出粒子性,有時(shí)表現(xiàn)出波動(dòng)性,有時(shí)存在與兩種狀態(tài)的疊加態(tài),到底處于那種狀態(tài)好像由觀察者確定的,觀察者看到的是生就是生狀態(tài),看到了死就是死狀態(tài),在沒(méi)看到之前就處于疊加態(tài)。
從這一點(diǎn)來(lái)看,我們這個(gè)客觀世界好像不再那么客觀了,一件事情的結(jié)果居然是由觀察者確定,變的具有主觀性。在我們作為認(rèn)識(shí)的主體和自然界作為被我們認(rèn)識(shí)的客體之間,不再存在一條客觀和清晰的界限,主觀與客觀的界限在量子力學(xué)中變的模糊不清了。
三、隧道效應(yīng)
隧道效應(yīng)的簡(jiǎn)介視頻
根據(jù)海森堡的測(cè)不準(zhǔn)原理可知,微觀粒子物理量是不可能百分之百確定,同時(shí)測(cè)量位置和動(dòng)量有一種天然的不確定性,公式表示如下:
△E△t<h
這個(gè)公式說(shuō)明,能量的不確定因素乘以時(shí)間的不確定因素一定得小于普朗克常量h,這樣就可能存在一個(gè)極短的△t時(shí)間內(nèi),粒子的能量△E比他本有的能量高的多,在這一瞬間,粒子就可以跳過(guò)勢(shì)阱、越過(guò)勢(shì)壘,這樣的現(xiàn)象在現(xiàn)實(shí)生活中是不能想象的,因?yàn)槟芰渴睾愣稍谥萍s著,但在“隧道效應(yīng)”上,能量守恒定律好像變的不守恒了。
量子力學(xué)和相對(duì)論作為現(xiàn)代物理學(xué)的兩大支柱,象征著人類智力的高峰,著名物理學(xué)家費(fèi)曼曾經(jīng)說(shuō)過(guò):這個(gè)世界沒(méi)有人懂量子力學(xué),量子力學(xué)創(chuàng)始人之一波爾也說(shuō)過(guò):如果有人不對(duì)量子力學(xué)感到困惑,那只能說(shuō)明他不懂量子力學(xué)。