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量子力学
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。------不太容易理解的自然现象。
我们面对的世界,宏观和微观之分。宏观和微观的分界线就是原子。
微观世界和宏观世界没有什么共同点。
牛顿力学用于宏观世界。
电子绕原子核运动的规律琢磨不透。
按照以往的规律,
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里。至于为什么会这样,没有人能知道。
但是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就会发现,如图
无法确定电子出现的区域,但是可以用统计学描述电子出现在几个常见区域的概率。
引申出上帝到底扔不扔色子的问题。
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时刻的具体位置。
未来发生的一切是早已被起始状态设定好的。
机械决定论(宿命论)一切从一开始就决定好了。
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。
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。
我们人体又是由微观粒子构成的,所以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。
量子力学而不是“粒子力学”
能量怎么传递?
思考一下能量是怎么传递的。
把一杯热水放凉,是因为热水把自身能量传递给了周围的空气分子。
热水分子运动比较剧烈,而空气分子运动比较柔和,当热水分子撞击到空气分子,就会把动能传递给空气分子,进而导致运动程度降低,所以热水菜才慢慢变变凉。
能量的传递过程无非就是依靠物质之间的相互作用,比如分子之间的碰撞。
在热水放凉的过程中,温度从80C降低到20C。温度降低是一个连续的过程。
这就意味着,在热水放量的过程中,能量的传递是连续变化的。热水放凉是宏观世界的能量传递,但在微观世界,能量的传递并不是连续的,而是间断的。
而靠着微观世界的能量传递,这里的物质可能就是最小的物质,比如基本粒子。
基本粒子就是最小的粒子,不能再细分了。
所有的能量传递都是依靠基本粒子相互交换来实现的。比如光子,光子只能是一个、两个、三个,没有1/2,1/3个光子。
所以一个光子携带的能量就是微观世界能量传递过程中的最小单位。
假设一个光子携带的能量的大小是A(h \nu)
那么能量传递只能说是1A 、2A 、3A这样递增的过程。
所以能量传递的过程并不连续,而是有间隔的。
1A代表能量的最小单位。
我们赋予这种现象一个新的物理术语------能量量子化。
所以量子代表的就是一种不可再分的基本单位。
只要是微观世界,只要是不可再细分的概念,都可以叫做量子化。
比如光子就是不可再分的基本粒子,所以光子也叫光量子。
这种不可再分的,非连续的量子概念,在微观世界十分普遍,是微观世界的基础现象。
而量子力学正是研究微观世界的理论。所以量子力学由此得名。
我们经常说微观粒子,导致很多人认为微观粒子是一种实心的小球。
其实微观粒子的本质更像是波。
如果要彻底搞懂量子力学,首先就要默认所有的粒子都是波。
这种波并非类似水波 ,声波 这样的机械波,微观粒子都是以波的形式呈现的,从而弥漫整个宇宙空间。
理论上所有的波都可以弥漫到宇宙边缘。虽然波的空间尺度是无限远的。
但是波的能量往往会聚集到某个固定的空间尺度上。从而形成波包。
波包越聚集就越像粒子,这也是波粒二象性的体现。
现在我们将微观粒子想象成一个具有波动性的波包。
这个波包越聚集就越像粒子,越分散就越像波。波包有两个显著的物理量。
一个是位置,一个是动量。
可以将波包的位置理解成宽度,动量理解成能量。
如果我们要测量这个波包(粒子)的位置(宽度),就需要用光子撞击波包。
通过光子探测到的信息就可以确定波包的位置。
但你发现,这样得到的波包位置(宽度)范围比较广。如果想要得到更加精确的位置。
就必须提高光子的能量去撞击波包,
导致波包吸收能量后,更加聚集。所以宽度就越窄,更像是一个粒子。位置也就测得越精确。
但是这时候,位置是测量精确了,但是波包因为吸收了光子的能量,导致动量增加。
所以波包的动量就和起始的动量相差甚远。所以你测量到的动量信息就越不精确。
如果要精确测量波包的动量,就得降低光子的能量。这样一来,波包的宽度就比较大了。(位置变化小了)所以位置的测量就越不准确。对于这个现象,海森堡就认为。粒子的位置和动量信息不能同时精确测量。
位置测得越精确,动量就越不精确。(反之亦然)
并且认为这主要是由于测量仪器发射的粒子造成的。但是当代的量子理论认为,海森堡的这种解释并不是十分正确。
测量仪器固然会对被测量对象造成干扰,但是这不是主要原因。
主要原因是因为粒子得本质就是波包,测量波包的精确位置就相当于测量绳摆产生的波动位置。这是毫无意义的。
因为波就不可能存在完美的位置,测量动量也是这个道理,粒子不存在完美的动量。所以现代物理学內ling认为,测不准原理的本质并不是实验仪器造成的,而是微观粒子的内稟属性。用“测不准原理”这一物理名词会误导大众,让人误以为是人类科技手段有限造成的测不准,如今测不准原理早已被改成不确定性原理的叫法,