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解释多云的宇宙:物理学七个未解之谜

时间:2023-11-21 理论教育 版权反馈
【摘要】:量子力学是创始于约100年前的较新的物理学,基于颠覆以往常识的新奇原理。这些原子及由原子组成的分子,以及电子、夸克等基本粒子形成的微观世界的物理法则与我们身边的宏观世界的物理法则截然不同,无法适用人类以往所认可的科学常识。电子和原子的物理量通过矩阵表示,其活动也能通过矩阵计算来预测,这就是矩阵力学的主张。微观世界的物理法则就是通过描述这种测定值之间的关系。

解释多云的宇宙:物理学七个未解之谜

量子力学是创始于约100年前的较新的物理学,基于颠覆以往常识的新奇原理。由于其原理极其超出常识,所以研究它的研究者们自己也经常陷入迷乱、困惑和激烈争论中。当时最顶尖的一批先驱的争论推动了量子力学的发展,产生了不少丰硕的成果,但其中依旧有部分议题至今未被承认。

接下来要介绍的,是与量子力学的根本原理相关的疑问,被称作“观测问题”。虽然从量子力学诞生之初就有人指出了这个问题,但经过约百年之后,关于它的争论依旧没有平息。量子力学的根本原理中还含有未解决的问题。

这个地球和我们的身体,以及周围的物体都是由只有1厘米的百万分之一左右大小的原子构成。

这些原子及由原子组成的分子,以及电子夸克基本粒子形成的微观世界的物理法则与我们身边的宏观世界的物理法则截然不同,无法适用人类以往所认可的科学常识。

1925年7月,丹麦哥本哈根大学的沃纳·卡尔·海森堡(1901—1976)发表了《矩阵力学》。这是说明电子和原子活动的理论,但过于抽象难懂,很难描述,会让人对微观世界的构成产生疑问。(www.xing528.com)

矩阵力学具体有多抽象与难懂,可参考各种面世之作。这里暂时用三言两语来介绍其思维方式(当然请不要认为三言两语就能理解它)。

以海森堡的手法,首先遇到的问题就是微观物体的物理量中对“傅里叶变换”进行数学性处理,变换为“振幅”。虽然已知电子和原子的活动是遵循“量子条件”,但量子条件要对应“矩阵”的计算。换言之,利用物理量的振幅制作矩阵,就能将量子条件以矩阵的计算规则来表现。电子和原子的物理量通过矩阵表示,其活动也能通过矩阵计算来预测,这就是矩阵力学的(抽象且难解的)主张。

海森堡认为,微观世界不能简单套用我们日常的常识或想法。要描述电子和原子等微观物体,只能通过测定所得的数值。微观世界的物理法则就是通过描述这种测定值之间的关系。

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