“量子”到底是什么?为什么量子力学中,上帝要掷骰子?


“量子”到底是什么?为什么量子力学中,上帝要掷骰子?


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“量子”到底是什么?为什么量子力学中,上帝要掷骰子?


其实很多人只是听过量子力学的一些概念 , 还没有形成体系化的认知 。
碎片化的认知会造成误解 , 但是系统学习又缺乏基础 , 这也是很多人看不懂量子力学的原因
文章将从整个量子力学建立的基础逻辑出发 , 系统串联量子力学的各种现象 , 最后到量子通信的原理 , 十分适合非物理专业的小朋友们系统地学习量子力学!

但说实话 , 量子力学很难兼顾通俗性和严谨性 。 过于通俗会失去严谨性 , 但过于严谨 , 基本上就没人看得懂 。 文案我已经改了十几遍 , 全程没有任何公式 , 尽最大可能达到了通俗和严谨的平衡点 。
首先不要对量子力学中复杂的概念难倒 , 量子力学无非就是物理理论 , 物理理论就是对自然现象的归纳 , 所以你面对的不是晦涩难懂的量子力学 , 而是不太容易理解的自然现象 。
我们面对的世界 , 在尺度上 , 无非就是宏观和微观世界之分 。
而宏观和微观世界的分界线就是原子 。 比原子大的物质 , 就是宏观世界 。

比原子小的物质 , 就是次原子粒子 , 也就是微观世界 。
量子力学研究的就是微观世界的物理现象 。 一开始 , 物理学家以为微观和宏观世界的物理规律是一样的 。
但是后来发现 , 微观世界和宏观世界几乎没有什么共同点!
如果微观世界和宏观世界的现象一样的话 , 那就没量子力学什么事了 , 直接用牛顿力学就能描述微观世界的现象 。 那现在的物理理论就简单了很多 。
微观世界起初让人类感觉到困惑的是:电子绕原子核运动的规律琢磨不透 。

按照以往的思路 , 电子绕原子核运动 , 就是原子核给电子提供了引力和电磁力 。 引力和电磁力会转化成电子绕原子核运动的向心力 , 所以电子绕原子核应该是像地球绕太阳一样的圆周运动 。
但是后来发现 , 电子的轨道根本就不是什么圆周运动 。 电子甚至就没有可以确定的轨迹 。 我们无法算出电子下一秒会出现在哪 。
至于为什么会这样 , 没有人能知道 , 自然现象就是这样 , 你也没有办法 。
虽然我们不知道电子下一秒会出现在哪 , 但是好在 , 电子貌似会经常出现在原子核外几个比较固定的区域 。
比如观察100次电子出现在原子核外的区域分布 , 会发现电子出现在A区域的次数为20次 , b区域为25次 , c区域为35次 , d区域15次 , 其他区域为5次 。

虽然无法精确知道电子下一秒出现在哪一区域 , 但是起码可以用统计学描述电子出现在几个常见区域的概率 。
这就引申出上帝到底扔不扔骰子的问题 。
在牛顿力学中 , 只要知道一个物体起始的速度 质量和受力情况 , 就能计算出这个物体在未来某一刻的具体位置 。
未来发生的一切是早已被起始状态设定好的 。 比如你的人生从宇宙诞生的那一刻就已经被设定好了 , 你能看到这篇文章也是被设定好的 。 这就是经典的机械决定论 , 也叫宿命论 。

但是电子绕原子核的运动貌似是随机的 , 电子下一秒出现的位置和初始状态没有确定的线性关系 , 任何计算都无法精确得知电子下一秒的位置 , 所以电子的运动就否定了机械决定论 。
除了电子 , 所有微观粒子的位置都是随机的 , 需要用概率描述 。 而我们人体又是由微观粒子构成 , 所以这就意味着 , 人的命运并不是被决定好的 , 人的意志是可以逆天改命的 。

所以有人才说 , 上帝原来是扔骰子的 。 对于这个问题 , 如今依旧存在争论 , 本期视频重点不在这里 , 所以就不再赘述 。
我们常常说量子力学 , 那为什么要叫量子力学 , 而不叫粒子力学呢?为什么要用“量子”这个词语 , 量子到底是个啥?

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