化学的终点在哪里--宏观与微观

昨天看到一个网友在悟空问答里让大家回答:化学,生物与物理的关系,让我深有感慨,我的理解是:化学发展得复杂点了,我们有了生物学,但是生物学好多东西解释不清楚,我们又回到了物理学;对于这个世界,人们知道得太少;早上开车听广播,刚好也提到了互联网大会,说人工智能AI的发展,说人类现在的大脑,所开发使用的只不过5%到10%, 人类太有限了。

但是,我们总是在一个有限的世界里,在推断一些无限的世界;或许在一定的范围内,我们是对的。好比我们在等公交,你却错过了,然后,你用这辆开走的公交的速度,推断下一辆车什么时候来:在路况完全固定,没有堵车,没有突发事故,没有其它的人的因素的情况下,你或许是对的,而且还是有一定的误差;在有不一样的路况,或者是其它因素的情况下,你发现你的推论根本站不住脚,因为你的假设,有太多的前提,你只是局限于自己所观察到的世界。

我们还有一个著名的“测不准”原理,大家有兴趣可以去搜索一下,就是说,你在观察一个东西的时候,你本身就已经影响了它;但是你就是要观测才能得到结果吧?这就是一个悖论。有一个著名的实验假想,叫“薛定谔的猫”:

假如把一只猫放进一个密闭且不透明的盒子里,盒子里有一个毒瓶,毒瓶与一个放射性原子核组成一个理想装置,假定该原子核一小时内有50%的可能发生衰变,并且该原子核衰变时会触发装置打开毒瓶,那么在你不打开盒子的情况下你就不会知道猫是活着还是死了。薛定谔说:按照量子力学的解释,箱中之猫处于“死-活叠加态”——既死了又活着。要等到打开箱子看猫一眼才决定其生死。即原子核处于衰变与不衰变的叠加状态,那么猫就处于死于活的叠加状态。

化学的终点在哪里--宏观与微观

通过这个假设,这使量子力学的微观不确定性变为宏观不确定性,微观的混沌变为宏观的荒谬——猫要么死了,要么活着,两者必居其一,不可能同时既死又活。所以说,量子的一些概念,在宏观时间里,感觉是一件不可理解的事。

我们在物理里,现在比较热门的,就是“量子纠缠”,号称我们已经走在了全世界;这个是不是世界第一,我们先不管,但是,这个东西的理论基础(或者不叫理论基础,因为机理还不是特别清楚)就是让人觉得有点玄乎:有两个量子,它们总是有心灵感应一样,这边状态的改变,总是能影响到那边的一个。就好比有两兄弟,有心灵感应一样,一个吃饭,另外一个就一定在睡觉;如果吃饭的睡觉了,那睡觉的肯定在吃饭。定义:它描述了两个粒子互相纠缠,即使相距遥远距离,一个粒子的行为将会影响另一个的状态。当其中一颗被操作(例如量子测量)而状态发生变化,另一颗也会即刻发生相应的状态变化 。

化学的终点在哪里--宏观与微观

前面讲了这么多个人的理解,现在回到化学。大家知道,我们在讲化学时,往往也涉及了许多的物理及假设(比如前面讲了好多的原子结构,电子状态等),这些最终的归属,终究还是物理学;而物理学,也是建立在一些大家对于宏观与微观的一些假设与在我们已知世界里的验证而已(比如牛顿的一,二,三大定律);结果发现,化学的归属,还是物理。

化学的终点在哪里--宏观与微观

电子绕原子与地球绕太阳是那么相似--图片来自网络

与大家分享一下我自己的另外一个看法,那就是电子,与原子核。有时候,仰望星空(当然不是上海,都是雾霾,很少看到),通过我们已知的知识 ,我会想象一下,地球是如何绕着太阳在转,月亮如何在绕着地球转;通过我们所学的知识 ,我又在想象着, 电子如何在绕着原子核在转,怎么是那么的相似,只是说,电子我们无法直接看到,因为我们根本不在它的尺度;对于地球,我们可以在外太空看到;对于太阳,不能接近,它的本质是什么,还是只能间接地猜测。我们人类,就像一个井里的小青蛙,却无法跳出这个井;然后井里还有一口小得不能再小的井,我们根本看不见,只能猜;或许,这个小小的井,有一个通向外面世界的特殊通道。有时候,宏观与微观,又是那么的相似。原子层面的电子得失,电子跃迁,与行星撞地球,太阳光子,宇宙大爆炸等,感觉就是在不同尺度上发生的类似的事。

化学的终点在哪里--宏观与微观

原子弹的爆炸:微观世界毁灭宏观---图片来自网络

还有原子弹,微观世界的小变化,能释放出巨大的能量,然后毁了宏观的世界,是不是很恐怖,却是又相通的?是不是在微观的世界与宏观的世界之间,有一道不可触碰的东西?

好了,大周一的,希望别让大家冥想一周不安心上班,这样化学哥就罪过了。

化学的终点在哪里--宏观与微观


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