解密《时间简史》都讲了些什么之四①:不确定的未来

宇宙从何而来,又向何处去?宇宙有开端吗?如果有的话,在开端之前发生了什么?时间的本质是什么?它可以倒流吗?它会有一个终结吗?我们能用物理学准确地预测宇宙的运行规律吗?宇宙的运行规律会对人类的行为产生怎样的影响?

上一章我们讲解了现在物理学关于宇宙的起源和其现在所处的状态,天文物理学家们已经用各种精准的数学理论来预测宇宙的运行规律。以及计算出其下一步将会发生的事件。

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比如用牛顿定律计算出其他任何时刻的太阳系状态。这些是显而易见的。然而这些预测似乎对人的生存毫无意义。天文物理学家拉普拉斯认为,宇宙存在着一些定律,它制约着其他所有的事物,包括人类的行为。

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这些物理的理论无法预测更小的微观事物,而量子力学在此方面有了更大的进展。

在量子力学中,每个量子具有确定的能量,波的频率越高,其能量越大。这样在足够高的频率下,辐射单个量子所需要的能量比所得到的还要多。因此在高频状态下的辐射减少了,这样物体丧失能量的速率就变成有限了。

量子力学的最大发现在与,一切物质的本源都是能量的震动,不同物体的的区别在于其震动频率的不同。

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然而,科学家并无法准备地预言粒子的位置极其速度,较长波长的光粒子速度相对稳定,但是其位置却极其不确定,较短波长的光粒子位置相对稳定,但其速度却极其不确定。

于是有了这样一个公式:粒子位置的不确定性 X 粒子速度的不确定性 X 粒子质量 ≥普朗克常量

量子会干扰粒子的速度。波长越短量子的频率越高,其能量就越大,粒子的速度就被干扰的越厉害。因此,对粒子的位置测量的越准确,对粒子的速度的测量就越不准确。反之亦然。而粒子位置的不确定性再乘以其速度的不确定性不能小与一个确定的量(普朗克常量)。

而粒子同时具有速度和位置的结合物被称为量子态。

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因此,一个完全确定的宇宙模型就无法被制作出来。因为人类无法用物理原理准确地测量宇宙的状态。

一般而言,量子力学并不对与此观测确定地预言一个单独的结果,取而代之,它预言一组可能发生的不同结果,并告诉你我们每个结果出现的概率。

这其实违背了传统物理学的精准预测事物必将发生的结果,就像地球总是围绕着太阳以一定的速率运动一样。可以准确地预测某一时刻太阳的确定位置。这种不确定性有点像赌博,像是我们决定去做某一件事,我们并无法完全确认其会产生的结果。这结果也是不发被计算的。

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爱因斯坦说过一句著名的话:“上帝不掷骰子”。然而,无论是从量子力学还是从日常的生活中,我们都得知:我们生存的世界,充满了各种的不确定性。这是无法去用公式计算的,只是各种结果发生的概率各有不同。这种不确定性正是希望的存在之地,因为谁都无法精确地去预测,下一秒将会发生什么。

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下一章《时间简史》都讲了些什么四(2):将为大家进一步讲述量子力学:五彩缤纷的肥皂泡

解密《时间简史》都讲了些什么之四①:不确定的未来

小编寄语:《时间简史》是霍金先生伟大的科学巨著.它从各种物理学的研究中探索时间的由来以及对我们人类的影响及意义. 天文物理学也许离我们的日常生活很远,但是,他可以打开我们用另一种方式看世界的大门,更高的,更深远的角度,让我们意识到那些日常的琐事其实是微不足道的.

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