文章图片
文章图片
文章图片
量子力学已经诞生一百多年了 ， 但不少人对物理学的认知仍旧停留在经典物理学 ， 认为宇宙万物都是可以准确描述的 ， 都是确定的 ， 任何运动都有可以用一定的规律来描述 。
一百多年前的物理学家们也是这样认为的 ， 直到他们遇到了物理学天空飘着的那朵“乌云” 。
正式开始之前 ， 先来看一个著名的悖论：芝诺悖论 ， 相信很多人都听说过 。
假设你和乌龟赛跑 ， 你的速度是乌龟的10倍 ， 但是你在乌龟后面 ， 而乌龟在你前方100米的地方开始赛跑 。
由于你的速度是乌龟的10倍 ， 当你跑100米的时候（也就是乌龟的出发点） ， 乌龟跑了10米 。 而当你跑10米的时候 ， 乌龟跑了1米 。 当你跑1米的时候 ， 乌龟跑了0.1米......
也就是说 ， 你跑的距离永远在乌龟之前所到达的地方 ， 乌龟永远领先你 ， 哪怕是一点点 。
但现实情况呢？我们都知道那不可能发现 ， 你很快就会追上乌龟然后完成超越 。
不知道你有没有发现 ， 芝诺悖论要想成立 ， 有一个重要前提条件：时间和空间必须是连续的 ， 这意味着能量传递也必须是连续的 。
什么叫连续？打个比方 ， 一天当中总是早上温度低 ， 中午温度高 。 当温度上升时 ， 会一点点升高 ， 比如说1度升到2度 ， 而不会从1度以下升高到20度 。
这种连续性是经典物理学的基础 ， 微积分也是在这个基础上创建的 ， 更关键的是 ， 连续性符合我们日常生活的认知 。
但是量子力学的出现（从黑体辐射开始）打破了这种连续性 。 黑体辐射最开始是普朗克发现的 ， 他提出了普朗克黑体辐射公式 。
何为黑体辐射？通俗地讲 ， 就是能量的传递是不连续的 ， 而是一份一份的 ， 存在着最小的能量传递单元 ， 它就是“能量子” ， 简称“量子” ， 能量的传递必须是量子的整数倍 ， 不能以半个量子的能量进行传递 。
用量子的这种不连续性解释芝诺悖论就很简单的 ， 因为能量是不连续的 ， 时间和空间也不连续 ， 时间和空间不可能被无限分割 ， 所谓的悖论自然就消失了 。
量子概念的提出 ， 彻底改变了整个物理学界 ， 一场风暴悄然酝酿 。
从对原子结构的认知开始 ， 人们了解到了电子诡异的运动形式 。
一开始卢瑟福提出了自己的原子模型 ， 认为电子在原子核外面 ， 围绕着原子核做圆周运动 ， 就像地球围绕太阳运动那样 。
单子换个模型有一个致命缺陷 。 由于原子核带正电 ， 电子带负电 ， 按照麦克斯韦电磁理论的诠释 ， 运动过程中会发射电磁辐射 ， 电子会慢慢失去能量 ， 最后坠落到原子核上 。
根据计算 ， 整个坠落过程甚至不到秒钟 ， 显然这与实际不相符 。
而量子力学的出现 ， 很好地解释了上述问题 。
由于能量的传递是不连续的 ， 必须是量子的整数倍 ， 这就意味着 ， 电子释放能量时必须是某个定量 ， 而不是随意的 ， 电子必须在某个固定的轨道上运行 。
当电子位于距离原子核最近的轨道上时 ， 能量是最低的 ， 也是最稳定的（被称为基态） 。 当电子吸收特定的能量后 ， 就会跃迁到更远的轨道 ， 处于激发态 。 电子总是在基态和激发态之间来回跃迁 ， 随机地出现在不同的轨道上 ， 表现出电子云的特征 。 这种过程就被称为“电子跃迁” 。
随着量子力学的不断发展 ， 物理学家德布罗意提出了“物质波”概念 ， 认为“万物皆波” ， 还有他的波动方程：λ＝h/p ， 公式中 ， λ是波长 ， p是普朗克常数 ， p是物体的动量 。 公式中能够看出 ， 物质的由于h是固定的常数 ， 意味着p越大 ， 波长λ就越小 。
【诡异的量子世界，你我都是波？让你抓狂的量子力学！】这个公式还表明 ， 万物皆有粒子性和波动性 ， 你我都有一定的波长 ， 只不过波长实在太小了 ， 以至于根本表现不出波的特性 ， 最终只会表现出粒子特定 。
当然量子世界里还有更诡异的现象 ， 比如说量子隧穿 ， 量子纠缠等 ， 后面我会一一讲到！
推荐阅读
- 最新研究论证，爱因斯坦又双叒对了
- 全世界都担心“黄石火山”复活，若爆发，人类还能存活吗？
- 深度长文：解读“薛定谔的猫”，观测行为真的能影响猫的生死吗？
- 玛土撒拉星已经有139亿岁，比宇宙的年龄还要大，这是怎么回事？
- 量子泰坦的冲突
- 英国公布首张量子纠缠图片，爱因斯坦这回输了，量子力学再被印证
- 你凭什么不相信量子力学？因为爱因斯坦都不懂，索尔维没有胜利者
- 耶鲁大学宣布推翻量子力学？科学界已核实，量子叠加态已经被证伪
- 好奇号火星漫游车轮胎受损，好奇号还能走多远？