為什么科學家費曼會說,世界上沒有人真的懂得量子力學?

因為我們至今都只能描述其現象,而無法了解其機制。連事物的成因都不明白,能說懂嗎?而量子就是這么一群,我們還無法確定具體成因的事物,這就是費曼的原意。

首先,沒人懂量子。

雖然1900年普朗克就提出了量子的概念,即一份一份傳遞的能量。但這樣的描述僅僅是給量子的概念開了個頭。隨后1905年,愛因斯坦對光電效應做出了光量子(光子)的解釋,開始了定性描述粒子與波的統一解釋,而直到1916年,愛因斯坦才通過數學公式(p=mc=h/λ)明確建立了光子的定量分析,最后發展為量子的“波粒二象性”。

光子,作為量子的一個典型代表。就連發現它的愛因斯坦都明確表示,從未搞明白光子到底是什么。“波粒二象性”對于物理學家來說,更像一個拼湊的名詞,實際上什么都沒解釋。

正因為如此,隨后發展出來的量子力學也就是建立在誰都沒有搞明白的量子概念之上的。純粹建立在實驗現象之上的量子力學,之所以沒人明白,因為一直缺少一個清晰的物理圖景。被視為正統的“哥本哈根解釋”,對于愛因斯坦來說,不是一條清晰簡潔的物理說明,而像是在為一個不完備的理論打補丁。

量子力學的正統“哥本哈根解釋”:

1、玻恩的波函數概率解釋:薛定諤波函數是一種概率波,只能描述在某位置找到某個粒子的概率,觀察測量只是預測某一結果的概率,卻不能預測一定會得到什么結果。

2、海森堡的不確定原理:有一些成對物理量,它們不可能同時被精準測定,一個越確定另一個必定越不確定,此消彼長。比如動量與位置(ΔxΔp≥h/4π ),時間與能量(ΔEΔt≥h/4π)。

3、玻爾的互補原理:一些物理對象存在看似矛盾的多重屬性,原則上不可能用同一種方法同時看見其多重屬性,只能用不同是方法觀察到它們不同的屬性。

4、玻爾的對應原理:量子的各種規則雖然適用于微觀尺度,但從規則中得出的結論不能違反宏觀上的觀察結果,而且宏觀尺度上還是遵循經典物理學規則。也就是說,在大量子數極限的情況下,量子體系的運動趨向經典力學體系,量子物理定律和方程可以轉化為經典物理定律及方程。

5、疊加態原理:如果A和B是一個粒子的兩種狀態,那么A+B也是這個粒子的第三種狀態,并同時具有A\\B的特征。

6、波函數坍縮:在一次測量與下一次測量之間,除了概率波函數以外,微觀物體不存在,它只有各種可能的狀態,只有進行了觀察或測量,“可能”狀態才坍縮為實際的“確定”狀態。

其次,量子力學缺乏清晰圖景。

“哥本哈根解釋”這一長串的詮釋,說它像一件華麗衣裳上面的“補丁”,一點不為過。但你不要還不行,少一塊都會衣不蔽體。費曼正是因為清晰地認知了這一點,所以他一直試圖建立一種清晰簡單的量子圖景。

雖然當時量子力學已經有了薛定諤的波動力學與海森堡的矩陣力學兩大處理方式,費曼依然另辟蹊徑,1942年創造出了路徑積分理論

然而,路徑積分理論描繪的量子圖景再次沖擊了人們的傳統認知。從出發點到終點,費曼宣稱量子會同時通過所有可能的路徑。就像一個量子在出發前會瞬間“探測”到它所有的路徑,然后瞬間對所有路徑的概率幅求和,最后決定它該以什么樣的概率出現在什么地方。

費曼建立的這個反常識的圖景,讓人們對量子力學更加疑惑了。

雖然疑惑,但路徑積分卻很好用,創立夸克模型的蓋爾曼就曾這樣評價:“量子力學路徑積分形式比一些傳統形式更為基本,因為在許多領域它都能應用,而其他傳統形式將不再適用。”

就連對量子力學一直很抵觸的愛因斯坦也不得不服。當費曼的老師惠勒將這個理論拿給愛因斯坦看過后,愛因斯坦說到:“我還是不相信上帝會擲骰子……可也許我現在終于可以說是我錯了。”

最后,細思極恐的費曼圖。

在路徑積分的研究中,費曼發明了一種用形象化的方法直觀地處理各種量子相互作用的圖——費曼圖。費曼圖只有兩個坐標軸,代表空間的橫坐標與代表時間的縱坐標,所以也叫時空圖。

比如用費曼圖來描述兩個電子之間的相互作用。如下圖,實線代表電子的路徑,虛線代表光子的路徑。

兩個電子由于相互交換虛光子(即無法觀測到的光子),而產生了排斥,這就是兩個電子之間的電磁作用力。在費曼圖的描述下,本來難以理解的微觀作用以最直觀的圖像展現了出來,讓人們更好理解了量子之間的交換過程。

然而,后來物理學家發現在虛光子交換的過程中,必須要考慮真空漲落的現象。也就是說,在傳遞過程中,虛光子會轉化為一對正負虛粒子對,然后正負虛粒子對再湮滅釋放出虛光子,這樣就有可能無限循環往復下去。用費曼圖表示如下:

這讓人們對于虛光子到底是怎么傳播的又疑惑了。所以,量子是真不讓人省心,當你越想了解它,它反而暴露出更令人吃驚的不確定性。

總結

當我們越深刻地去探尋自然,越彰顯出我們的無知。自然一直按自己的方式存在著,至于我們能不能理解,那是人類的事,與自然無關。

這樣的量子,誰還敢說他懂?誰懂,誰在裝。

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10 条回复 A文章作者 M管理員
  1. 物質是粒粒一象性的!波粒二相是物質一象的萌芽脹破果殼,一件物質的外衣罷了。

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  3. 一個三維生物要理解高維物理現象有點難。

  4. 我們在能源節約上5年前就用上了,用量子圖片放在汽車油箱的位置上,汽車上的部件什么也不動,節油率在百分之二十五至百分之四十之間,保守值,都在三十多輛車測驗,誰說沒有認識?

  5. 常人看到的是現象,\n高人深思的是公理,\n大人推崇的是正義,\n至人察覺的是定數。

  6. 因為量子世界是純能量的,既然超光速可以回到過去,那么它就是可以無視時間空間的,它完全不同于我們的物質世界。當然不能以我們物質世界的眼光去看待它[靈光一閃][靈光一閃][靈光一閃]

  7. 量子力學之所以如此混沌,是因為那到了上帝/造物主/三體人掌控的領域,是上帝給人類劃的不可逾越的鴻溝。物理學已經走到了盡頭,只能在目前的基礎上修修補補,重大突破是不可能了。\n突破可控核聚變也相當于要制造人造太陽,以人類肉體凡胎意圖僭越掌握天體的力量,永遠不可能實現。

  8. 深度好文,為什么沒有人贊

  9. 放屁,知道現象就行了

  10. 不知閣下對當今市面上各種量子健身產品是怎么樣的認識?