牛頓定理在微觀世界也是有效的。可能有男子伴聽到這個(gè)答案會(huì)很困惑，既然有效那為何還要發(fā)展出量子熱學(xué)呢？這正是要回答題主問題的關(guān)鍵，也是本文接出來(lái)要述說(shuō)的核心——量變帶來(lái)的質(zhì)變。
一、牛頓定理是從日常經(jīng)驗(yàn)總結(jié)而出
我們?nèi)缃癜雅ｎD定理也稱為牛頓數(shù)學(xué)或則稱作精典數(shù)學(xué)，雖然好多人可能都不明白“經(jīng)典”二字為什么意，說(shuō)白了，就是符合你想像的東西，差不多就是學(xué)校的這些東西。
即使數(shù)學(xué)學(xué)的再差，肯定會(huì)有基本的科學(xué)意識(shí)，例如你們都覺得你不會(huì)既在臥室又在廚房。19世紀(jì)之前的所有人和現(xiàn)今99.99%的人，都是這個(gè)科學(xué)意識(shí)，這就是精典的含意。
而牛頓定理就是從我們?nèi)粘＝?jīng)驗(yàn)的化學(xué)量的范圍內(nèi)總結(jié)下來(lái)的，它研究的問題都是在我們生活中能接觸到的范圍之內(nèi)。因?yàn)橛腥蛩腥耍?00多年日常經(jīng)驗(yàn)的檢驗(yàn)，也讓你們對(duì)精典化學(xué)堅(jiān)信不疑。
二、牛頓定理在微觀領(lǐng)域仍然見效
精典化學(xué)的定理也太多，我們就以牛頓三大定理為例吧。雖然微觀和宏觀之間并沒有絕對(duì)的界限，假如非要說(shuō)有，這么就是普朗克常數(shù)了。一般覺得，普朗克常數(shù)能導(dǎo)致顯著作用的，都適用量子力學(xué)。
但是，牛頓定理依然在發(fā)揮作用。例如牛頓第一定理，慣性定理。在沒有外力作用下物體將保持靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)。可能有人說(shuō)，老郭你這話可就說(shuō)得不對(duì)了，微觀粒子具有波粒二象性，任何時(shí)侯，它的位置都是不確定的。
雖然這是您真的誤解了。一個(gè)粒子哪些情況下才能處于沒有外力作用的狀態(tài)呢？必須是孤立的粒子啊。但是這個(gè)世界存在這樣的粒子嗎？很其實(shí)是沒有的。
例如我們做電子衍射實(shí)驗(yàn)的時(shí)侯，假如我們除去后面的狹縫，一個(gè)一個(gè)發(fā)射電子，你會(huì)發(fā)覺，所有電子會(huì)打在同一個(gè)點(diǎn)上。電子通過狹縫以后會(huì)在接收屏上出現(xiàn)白色，是由于狹縫作為一個(gè)宏觀物體與電子發(fā)生了互相作用。
舊式的陰極射線管電視機(jī)仍然在給我們做這個(gè)實(shí)驗(yàn)。射出的電子會(huì)被精準(zhǔn)地控制在它該出現(xiàn)的位置上。輕微的散焦是由于電子的密度大，互相間的庫(kù)倫作用力造成的。
同樣，牛頓第二、第三定理在微觀領(lǐng)域一樣是有效的，這兒我們就不具體剖析了。
三、量子熱學(xué)為何會(huì)與牛頓熱學(xué)有如此大的差異？
好多人都能對(duì)精典化學(xué)如數(shù)家珍，也能對(duì)量子熱學(xué)聊上這么幾句。哪些波粒二象性、不確定原理、量子糾纏等等。雖然有一個(gè)問題是好多人都忽略的，我也甚少見到有科普文章提到，那就是在微觀領(lǐng)域牛頓第一定律影響因素，我們研究的并不是粒子本身的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，而是整個(gè)“系統(tǒng)”的規(guī)律。
還是要舉例來(lái)說(shuō)明。在精典化學(xué)中做受力剖析的時(shí)侯，物體就是物體，施力者和受力者之間是隔離的，它們之間的作用以力的方式，可以從物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)剖析下來(lái)。例如我們剖析兩個(gè)站在地面上的人的受力情況，摳掉一個(gè)人，并不會(huì)對(duì)另外一個(gè)人的受力狀態(tài)有哪些影響。由于這個(gè)人，不會(huì)對(duì)月球的引力導(dǎo)致影響。
然而這樣的方式假如領(lǐng)到微觀領(lǐng)域就不行了。這是由于，粒子的質(zhì)量都很小，粒子與系統(tǒng)，粒子與粒子之間的作用通常都很強(qiáng)，它們之間會(huì)形成強(qiáng)烈的互相影響。你拆掉一個(gè)，相當(dāng)于改變了整個(gè)系統(tǒng)的狀態(tài)，另外一個(gè)粒子其實(shí)就要遭到影響了。
所以我們看見，在量子熱學(xué)中，我們才能檢測(cè)到的數(shù)學(xué)量——波長(zhǎng)和振幅，雖然都是早已包含了系統(tǒng)的信息的。假如我們還用精典數(shù)學(xué)中孤立地看問題的方式，其實(shí)就不能對(duì)量子熱學(xué)形成正確的理解了。
雖然這就是由于數(shù)目級(jí)的變化帶來(lái)的化學(xué)性質(zhì)的變化，導(dǎo)致物質(zhì)運(yùn)動(dòng)規(guī)律的主要影響誘因發(fā)生了變化造成的。我再舉一個(gè)反例來(lái)說(shuō)明數(shù)目級(jí)變化帶來(lái)的影響。
近日，新冠病毒霸屏，你們都曉得病毒的主要傳播途徑是飛沫。為何飛沫才能在空氣中長(zhǎng)時(shí)間飛行而不落到地上呢？并不是由于萬(wàn)有引力不存在了，實(shí)際上，引力始終都在。只是由于，飛沫一般都太小了，只有不到100微米。空氣分子熱運(yùn)動(dòng)形成的撞擊影響要遠(yuǎn)小于重力的下落作用。
所以，不是飛沫不會(huì)落地，而是在以及其平緩的速率落地。與其說(shuō)飛沫在空氣中飛，莫不如說(shuō)飛沫雖然是在空氣中“游泳”。這與廢水中的大顆粒可以很快沉底，而小顆粒會(huì)長(zhǎng)時(shí)間漂浮在水底的道理是一樣的。
同樣，在沒有完成數(shù)學(xué)學(xué)的大統(tǒng)一之前，量子熱學(xué)雖然不考慮引力的作用，同樣是一門十分精確的數(shù)學(xué)學(xué)的緣由，由于引力要比其它力小幾十個(gè)數(shù)目級(jí)牛頓第一定律影響因素，這點(diǎn)影響完全可以忽視不計(jì)。
結(jié)束語(yǔ)
牛頓熱學(xué)是不是在宏觀上有效，300年的應(yīng)用，以及我們明天的宇宙航行仍然在使用就足以給出答案了。牛頓熱學(xué)其實(shí)同樣在微觀領(lǐng)域中有效，而且因?yàn)槲覀冇^察的化學(xué)量數(shù)目級(jí)的劇烈變化，造成我們的觀測(cè)包含了微觀粒子與系統(tǒng)之間互相作用的信息。所以才造成了牛頓熱學(xué)這些用隔離法處理問題方法的失效，必須使用量子熱學(xué)這樣“系統(tǒng)”性考慮問題的思路。
