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我试图不用公式说说量子力学

2018-04-09  行者无忌...

我试图不用公式说说量子力学

光明网

这篇文章的开始

要从气体加热实验说起

光是粒子?

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不连续光谱

将气体用玻璃管加热后,散发出来的光穿过棱镜,会发现它的光谱与彩虹不同,是拥有一道道特定色彩的笔直光束,不会扩散。

科学家玻尔对此给出了解释。

他认为,原子中的结构和星系类似,电子有其特定的轨道。但与星系不同的是,电子在不同轨道间的运行像是幻影移形,像是从一个轨道消失,又从另一个轨道出现。

而这种电子的跃迁会释放能量,它是不连续的,激发的色光因而也是不连续的。

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玻尔

尼尔斯·亨里克·达维德·玻尔(丹麦语:Niels Henrik David Bohr,1885年10月7日-1962年11月18日),丹麦物理学家,1922年因“他对原子结构以及从原子发射出的辐射的研究”而荣获诺贝尔物理学奖。

电子是波?

我们在高中物理时学过双缝干涉现象,它说明了光的波动性,我们把波想象成海浪,它可以分裂可以结合。而电子,也可以做这个实验。用一张图来简单回忆原理。

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玻恩:这些波并不是散开的粒子,这是概率波,电子本身是概率性的集合。波在各个地方的大小,代表着这里可能出现电子的概率。换言之,波最大的地方,不是说这里有更多的电子,而是电子最有可能出现在这里。

而通过薛定谔方程,我们可以计算出这个概率。

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马克斯·玻恩(德语:Max Born,1882年12月11日-1970年1月5日),德国物理学家与数学家,发展了量子力学、固体物理学及光学,培养了大量知名物理学家。1954年,玻恩因“量子力学方面的基础性研究,特别是给出波函数的统计解释”而获得诺贝尔物理学奖。

上帝掷骰子吗?

想象一下,我们的世界万物都由概率决定。我们的存在源于量子的偶然。爱因斯坦无法相信现实世界由概率决定。爱因斯坦说:上帝不掷骰子。

玻尔反击道:不要告诉上帝怎么做。

玻尔认为测量本身起着作用——粒子的不确定性直到测量那一刻,它有了一个确定性的位置。现实世界的本质就是模糊不定的。

爱因斯坦并不是说量子力学不对,而是认为其理论还不够完善,不能解释粒子观测前的情况。

量子纠缠现象

在物理学中常用到量子的概念,指一个不可分割的基本个体。

量子纠缠现象,简单的说,假若对于两个相互纠缠的粒子分别测量其物理性质,像位置、动量、自旋、偏振等,则会发现量子纠缠现象。

例如,假设一个零自旋粒子衰变为两个以相反方向移动分离的粒子。对于其中一个粒子测量自旋,假若得到结果为上旋,则另外一个粒子的自旋必定为下旋,反之亦然。

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爱因斯坦与玻尔

爱因斯坦认为:量子纠缠,就相当于一副手套,各放在一个保险箱里,假设当某人打开一只箱子发现它是左手时,那另一只一定是右手。就是说,量子的状态是在分开瞬间就确定的。

玻尔认为:两个量子间,存在着一种幽灵般的作用,当测量其中一个时,另一个量子就会在没有任何时空的限制下受到作用。

验证究竟哪种状态是对的,只要制造出一台产生纠缠量子的机器——

瞬间移动

蔡林格的实验:

他首先在La Palma岛的实验室生成了一对纠缠粒子,留着一个A,另一个B用激光望远镜传到144英里外的Tenerife岛上。这时候在La Palma岛引入第三个粒子C。通过与A相互作用,研究两者的相互作用比对量子态,通过幽灵般的作用,B就可以变得与C一模一样。而C,会在测量所有量子态时摧毁。

假设有一天,以量子纠缠为基础的瞬间移动技术真的诞生,早上在成都的大谬想去天津吃煎饼果子,那我只要走进瞬间移动舱,扫描我所有的粒子,对位于天津的瞬间移动舱内的粒子做量子纠缠,成都的大谬因为扫描而被摧毁,天津的复制品大谬就是被瞬间移动的大谬了。

但是从哲学的角度考虑,复制品大谬是否是真的大谬呢?

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安东·蔡林格(德语:Anton Zeilinger,1945年5月20日-),奥地利量子论物理学家,奥地利科学院量子光学与量子信息研究所维也纳分所主席。以发现光子的量子纠缠而知名。

量子计算机

现有的计算机,是把高级语言编译成二进制编码进行运算,比特位由0、1构成。而量子位可以有很多种情况。

以大谬走迷宫为例,每次只能试错一条路。但如果是量子计算机,大谬就可以成为很多个同时开始试错,大谬就可以很快走出迷宫。量子非常小,可以用很小的体积造出很高效的计算机。前景非常可观。

平行宇宙,

随机世界的思考

量子力学理论已经有所应用,但是这个理论仍然存在许多需要完善之处,而且在这个理论的最基端——原子层面,许多现象多处于不确定状态。而原子组成的我们,状态却是确定的。

而从微观到宏观的各种可能性,或许就存在于平行宇宙之中

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