為什麼科學家費曼會說,世界上沒有人真的懂得量子力學?

星辰大海路上的種花家


不只是費曼,玻爾,狄拉克這些量子力學的旗手都說過類似的話,量子力學就是這樣奇妙,它可以完美的處理很多細節,奇妙的量子現象只有微小的尺度上才能得到驗證,所以,我們以宏觀直覺的角度去了解量子力學,必然會覺得量子理論有很多“荒謬性”,令人難以理解,但量子力學卻偏偏能夠成功的獲得驚人的成就。

費曼當然是世上最懂量子力學的物理學家之一,他是上世紀處在愛因斯坦和霍金時期中間的明星科學家,他發明的費曼圖是量子場論中最有力的工具,實用而直觀,揭示我們所無法觀察到的基本粒子世界的深層結構。但他是一個科學頑童,科學研究對他來講,就是一場好玩的遊戲,除了物理,他還會開密碼鎖,打鼓畫畫,費曼也是一個預言家,從納米技術到量子計算機都是費曼的想法。

但目前人類對微觀世界的研究手段畢竟還是有限的,量子力學目前還是迷霧重重,人們可以很好的利用量子力學的各種理論預言,量子力學也成為從生物,化學到宇宙各項學科的基礎,目前從半導體到網絡通訊也都是建立在量子力學的應用之上。

但量子力學的一些深刻內容,我們還不知道為什麼會這樣,它們本質到底是什麼?例如量子糾纏的幽靈作用,例如量子測量的意識問題。在經典物理時代,人們可以採取因果性等常識思考,但到了量子時代,量子詮釋否認存在著獨立於觀察之外的物理實在世界,即使是費曼,愛因斯坦這些天才的科學家也只能以最謙虛的態度來講,世界上沒有人懂得量子力學。


量子實驗室


費曼是著名的物理學家,特別是在量子領域,具有頗豐的建樹。其發明的費曼圖、費曼規則和重正化的計算方法,是研究量子動力學和粒子物理最為重要的工具之一。而大名鼎鼎的(費曼物理學講義),估計很多人都聽過甚至是看過。費曼在24歲時就取得了博士學位,可以說是天才中的天才。但可惜的是,費曼並不長壽,僅僅活了69歲就駕鶴西去。相對於比起小4歲的楊振寧來說,活的真的是太短了。


這位天才可謂是量子力學領域的資深專家,然而就是這麼一位專家卻說了句名言“世界上沒有人懂量子力學”。其實,不僅僅是費曼,很多量子力學的大科學家都表示過類似的觀點。比如玻爾就說過:“誰要是說自己理解量子力學,那他一定是不懂量子力學”。費曼的話並沒有毛病,縱觀之前的歷史來看,確實很多量子力學領域的大牛都對量子力學困惑不已。


比如量子力學的創始人普朗克,他就在發現黑體輻射公式後,對於能量量子化感到不安。他在最開始的時候根本就不接受能量量子化的概念,但面對公式,他又不得不捏著鼻子認了。還有愛因斯坦,他也是量子力學的創始人,但是他對於量子力學那種不確定性感到困惑。他甚至認為量子力學是不完備的。愛因斯坦認為量子力學只是接近真理,但並不是真理。為此,愛因斯坦還說了個名言“上帝不會擲骰子”。還有量子力學基本方程的發現者薛定諤,他在提出薛定諤方程後,對自己方程的解釋是完全懵逼。表示自己寫出的方程,怎麼會表明粒子運動是以概率波的形式呢。對於這種解釋他完全拒絕,為此還提出“薛定諤的貓”來以次反對哥本哈根派對自己方程的釋義。

其實,除了這些科學家,還有很多科學家都對量子力學感到困惑。越是深入瞭解量子力學,越感到量子力學的反直觀特性。比如著名的波粒二象性,直接使的物質即是波也是粒子。還有單電子干涉延遲實驗 更是讓人逐摸不透。在加上愛因斯坦都反對的量子糾纏,直接使得我們對於量子力學徹底崩潰。


科學探秘頻道


費恩曼是美籍猶太裔物理學家,1965年諾貝爾物理學獎得主,他曾經說過一句著名的話:“誰要是懂得量子力學,那他就是真的不懂量子力學”。


費恩曼因發明了量子力學裡的路徑積分和費曼圖,構建了量子電動力學的新理論而獲得了諾貝爾物理學獎,他被稱為愛因斯坦之後最睿智的理論物理學家,他不懂量子力學?

不光是費恩曼這麼說,如果你上了大學要學量子力學,老師會告訴你:“量子力學只要會算就可以了,自己回去慢慢去理解,不要問我為什麼,因為,我也不知道為什麼!”

怎麼這麼奇怪?老師講了半天不知道為什麼?獲得諾貝爾物理學獎的物理學家也不知道為什麼?

那到底為什麼那麼多物理學大咖都說沒有人真正懂量子力學呢?

關鍵是到目前為止,沒有任何一種理論可以用來揭示微觀世界粒子的詭異現象!為什麼說詭異呢?因為這種現象顛覆了我們對任何事物是客觀存在的這一基本邏輯的認知!

單電子的雙縫干涉實驗是量子力學的核心

單個電子通過雙縫的時候也能自己與自己干涉,產生亮暗相間的條紋,說明單個電子是同時通過了兩個狹縫的,不然怎麼會有干涉圖樣呢?

可是當我們想觀測電子是如何通過狹縫時,神奇的一幕出現了,電子只是通過了一條狹縫,並且干涉圖樣消失了!
這怎麼回事呀,難道電子如何通過狹縫與我們是否觀測有關?電子是怎麼知道我們在觀測它的?電子有思想?

對這個實驗有多種理論解釋,誰也說服不了誰,主流的解釋有如下幾種:

哥本哈根學派

以波爾為首,主要人物有波恩、海森堡、泡利、狄拉克等的哥本哈根詮釋被稱為量子力學的“正統解釋”。

他們認為:在量子力學裡,量子系統的量子態,可以用波函數(粒子在某位置或處於某種運動狀態的概率)來描述,測量的動作會造成波函數坍縮,原本的量子態概率坍縮成一個測量的量子態。

也就是說,不測量時電子處於位置、動量和自旋的疊加態,而測量時只能得到一個確定的結果,或者說,不測量時電子錶現出波動性,測量時就表現出粒子性!

這個解釋你認同嗎?不測量就處於疊加態?測量就是確定態?電子怎麼知道你有沒有測量的?所以薛定諤提出了一個著名的思想實驗,就是著名的“薛定諤的貓”來反駁這一理論,難道沒有測量之前貓處於既死又活的狀態?

所以說,哥本哈根詮釋只是對微觀粒子狀態進行了看似合理的解釋,並沒有揭示其本質!

多世界解釋

量子力學的多世界解釋是由埃弗雷特提出的,他用一個宇宙波函數來整體描述被測量系統、測量工具和觀測者,將宏觀的物體也納入了量子體系中,觀測者的波函數會在每次測量之後發生分叉,宇宙波函數包含了疊加態的所有分支!

啥意思呀,這麼繞,其實很簡單,就是平行世界,薛定諤的貓不用既死又活這麼難過了,它有兩種情況:死和活,存在於兩個互不影響的平行宇宙中。如果在我們觀測者的世界中貓是死的,那在另一個平行宇宙中貓就是活的!

電子到底通過那個狹縫我們也不用糾結了,它在我們觀測的宇宙中如果通過了這個狹縫,那麼在另一個平行宇宙就通過了另一個,在下一個平行宇宙中就通過了兩個,互不影響!


這個解釋更不可思議!難道在另外一個宇宙中還存在另外一個你?多宇宙到底在哪兒?誰也不知道,所以說,這也只是對微觀粒子狀態的一種表象解釋,沒有深入本質,況且真實性也有待檢驗!

隱變量理論

隱變量理論認為,量子力學不能描述客觀事實的確定性和定域性,所以是不完備的,肯定是沒有發現或者漏掉了一些非常重要的隱含變量,正是這些隱含變量,控制了微觀粒子的行為!
愛因斯坦是隱變量理論的主要倡導者,他很本不相信事物的客觀規律需要用概率函數來描述,他確信任何事都遵循某種客觀規律,一種完備的理論應該是確定論而不是概率(或的關係)論,上帝是不會擲骰子的!

愛因斯坦、波多爾斯基、羅森提出了EPR佯謬來論證量子力學的不完備性,認為量子糾纏的超距作用是不可能的,不過後來貝爾發表了貝爾定理,證明這個假設與量子力學的預測不相符,也就是說,隱變量是不存在的。
愛因斯坦、波爾那可都是量子力學的奠基人呀,這麼偉大的物理學家都沒有搞清楚微觀世界粒子運動規律的本質到底是什麼,誰還敢說自己懂量子力學呢?

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蘋果科學


費曼是上個世紀愛因斯坦之後最傑出的幾位物理學家之一,他在量子力學方面的貢獻就是開創了量子力學的路徑積分方法,這是和海森堡的矩陣力學以及薛定諤的波動力學等價的量子力學的第三種形式。

費曼能夠給出量子力學的一種新形式,按理說他應該非常懂量子力學,可是費曼用自己的一句名言道出了他對量子力學的認識——我確信沒有人能夠懂量子力學(I am convinced that no one can understand quantum mechanics)。其他物理學家也有過類似的表述,量子力學的旗手玻爾就曾經說過:“如果誰不對量子力學感到困惑,說明他不懂量子力學”。中國量子通信的領軍人物潘建偉在接受記者採訪談論墨子號衛星時也曾表示過自己不懂量子力學。

無人能懂量子力學,這幾乎是物理學界的一個共識。不過需要認識到,費曼、玻爾、潘建偉等物理學家說的不懂量子力學,並不是不知道氯化鈉是什麼那樣的不懂,也並不是指他們不會寫薛定諤方程、不會解薛定諤方程。而是因為他們能夠站在科學前沿的角度去審視量子力學,正可謂是知道的越多就越覺得自己不懂,還有很多東西需要知道。量子力學也是如此,儘管她能夠精確的描述微觀世界裡的運動,但還有很多問題依然困惑著物理學家。就連愛因斯坦和玻爾之間的跨世紀爭論——上帝到底是不是在擲骰子,儘管目前所有的貝爾實驗給出的結果一致認為愛因斯坦的局域隱變量理論不成立,反對方依然能夠找出貝爾實驗的各種漏洞,還有很多科學家在尋找方法彌補之前實驗的漏洞,去檢驗上帝是否在擲骰子。

微觀世界中有很多奇妙的現象有別於我們的日常生活,也許在宇宙誕生的時候就為量子力學設計好了今天的樣子。量子力學為什麼會是這個樣子?這個大問題是科學界要思考的大問題,無人能夠回答這個問題。


刁博


如果有人打算列出世界上最頂尖的五位量子物理學家,理查德·菲利普斯·費曼(Richard Phillips Feynman)絕對稱得上是其中之一。

他所提出的費曼圖、費曼規則、路徑積分法,將圖形化的語言引入了物理學的具體計算中,使後來的物理學家們不必再受“抽象思考”的折磨,而能以形象的方式來表述、理解以及計算各種粒子在量子場中的相互作用,可以說為量子力學領域提供了一套絕佳的“視窗化操作工具”。

倘若像他這樣一位出類拔萃的量子物理學家都聲稱自己不懂,那麼世界上真的沒有任何人敢說自己懂量子力學了。

然而1964年的11月,費曼在康奈爾大學開展的系列講座“The Character of Physical Law(物理定律的本性)”中,又實實在在地講出了下面這樣一番話:

我想我可以有把握地說,沒有人真正理解量子力學。因而,不必太認真地對待我這一講座,覺得你真的通過我所描述的某種模型弄懂了什麼,你只要自由自在地欣賞它就好了。

如此看來,費曼的確是自認不懂量子力學的,至少是自認“不真正理解”量子力學的。

那麼,他為什麼會這樣認為呢?

其實對於這個問題,費曼本人已經在那場講座中給出了明確的答案:

我們要描述的是跟你以往熟悉的任何事物都不相同的對象……它是抽象的、遠離經驗的……如果能避免的話,儘可能不要問自己“它為什麼是哪個樣子?”因為這樣會讓你陷入一個誰也逃不出來的死衚衕裡。誰也不知道它怎麼會像那個樣子。

“它”是泛指自然界中的一切量子,世上無人能夠解答“它怎麼會像那個樣子”,自然也就“沒有人能真正理解量子力學”。

好在物理學家們也並未因此而感到懊惱,因為這絲毫也不會阻礙量子力學的發展。就拿量子糾纏來說,儘管誰也無法理解兩個量子究竟是如何實現糾纏的,卻並不妨礙物理學家們利用其糾纏的特性敲開了量子態隱形傳輸技術的大門。

事實上,量子力學這玩意兒自打第一天闖入人們的視野,就已經表現出了一副高深莫測的樣子。

初現江湖就非同凡響。

1887年的某一天,德國物理學家海因裡希·魯道夫·赫茲成功地完成了無線電收發的實驗,證明了電磁波的存在。

興奮之餘的他為了更清楚地看見接收端的兩個銅球間產生的微弱的電火花,便拉上窗簾,屏蔽了外界光線,結果接收裝置忽然沒反應了。

這看起來似乎是儀器出現了故障,然而當赫茲拉開窗簾準備排查問題時,電火花就又出現了。

經過一系列嘗試後,赫茲終於確定了在黑暗的環境中,必須將接收端的兩個銅球的間隔縮短才有反應,如果銅球的間隔不夠近,就必須受到光線的照射才會出現電火花;一旦陷入黑暗就毫無反應。

是不是有一種似曾相識的感覺?

這無厘頭的反應,一出手就打了全世界物理學家一個措手不及,所有人都為此傷透了腦筋,物理學領域也從此有了一個新的名詞——“光電效應”。

當金屬受到特定頻率的光線照射時,表面的電子會受到激發而變得更加活躍,電性質就發生了改變;不同頻率的光線對金屬造成的影響也有所不同,頻率越高影響越強;頻率過低的光線無論強度多高也不會對金屬產生任何影響。這就是光電效應。

在赫茲的實驗中,接收端暴露在光線下,銅球的電性質就被“強化”了,於是更容易產生電弧,而屏蔽光線後,銅球的電性質被“弱化”了,結果便不再產生電弧,或者電弧很微弱。

現象就是這麼一個現象,所有人都看見了,可是原因卻誰也解釋不出來。因為在那個時期,托馬斯·楊的雙縫干涉實驗已經讓所有人都堅信了光是一種波,而不是粒子。

既然光是波,金屬就應該受到光線強度的影響才對,這就好比一堆鐵球會不會被水沖走,應該取決於水流的大小,而不是水的波紋密度。

可是光電效應的表現卻恰恰相反——如果波紋的密度(頻率)不足,無論多強的水流都衝不走鐵球;只要波紋的密度夠高,無論多微弱的水流都能沖走鐵球,並且波紋的密度越高沖走的鐵球數量就越多。

這簡直讓人百思不得其解。

究竟為什麼會這樣呢?

光電效應的疑問在科學家心裡縈繞了年,直到1905年,愛因斯坦提出了光量子(光子)的概念,才終於把這個問題解釋清楚了。

如果光也是量子(粒子),那當然要足夠高的頻率才能將電子擊打出來,頻率不夠無論強度再高也沒用。

打個比方,我們把震動的小球扔進鐵球堆裡,如果小球的震動頻率很低,鐵球不可能被彈開,無論扔多少顆進去也無濟於事;但如果小球的震動頻率特別高,哪怕扔一顆進去鐵球也會被彈開,並且震動頻率越高,被彈開的鐵球數量也就越多。

先前匪夷所思的詭異現象,現在卻成了一聽就感覺天經地義的事情。

就這樣,愛因斯坦讓光電效應的現象變得合情合理了,他本人也因此而獲得了諾貝爾物理學獎。

然而光電效應的問題雖然解決了,量子力學的噩夢卻徹底闖入了科學領域。

因為光電效應所表現出來的規律,意味著光必須是粒子的形態——我們彷彿都能看見一粒粒不停震動著的光子將金屬表面的電子彈飛到了空中。

另一方面,雙峰干涉實驗又清清楚楚地告訴所有人,光絕對是一種波,而不可能是粒子——我們彷彿都能看見一片波紋被兩條縫隙一分為二,從而相互干涉,於是在終點形成了許多間或的條紋。


如此一來,物理學家們不得不被迫承認了“波粒二象性”的概念——光子即是一顆“震動的小球”,又是一片“起伏的波濤”。

而這也是宇宙中所有粒子共有的特徵,世間萬物統統都是由這樣的粒子構成的,可是誰也無法想象這些即是粒子又是波的“怪物”究竟是怎樣的一種形態。


其實單憑以上這一點,就足以讓人拍著胸口講出“沒有人真正理解量子力學”這句話了。

而量子力學中有太多這類讓人即無法理解,又不得不承認它們切實存在的詭異現象。譬如波函數坍縮、譬如量子糾纏、譬如量子擦除實驗、譬如惠勒延遲實驗……這也就不難理解為何全球最頂尖的量子物理學家之一,會認為自己不懂量子力學了。


科學矩陣


可以毫不誇張的說,西方的哲學家科學家都是井底之蛙。費曼只不過叫得比較響而已。還有一隻井底之蛙叫愛因斯坦。

量子力學對於中國人而言是非常熟悉的。只不過換了個名稱。幾乎所有的中國人都會背,色即是空,空即是色,色不異空,空不異色。受想行識,亦復如是。所以說科學家千辛萬苦爬到山頂,佛學家在此已經等候多時了。

再來看道德經。老子指出“異名同謂”。所謂二者,一,常無慾,以觀其妙。二,常有欲,以觀其所噭。此兩者同出而異名。本來是一個東西,但是不同的心態觀察到不同的結果。兩種不同心態就是常有欲和常無慾。

一般人認為世界是客觀的,不因為人意識而有什麼不同。這種唯物主義的想法是錯誤的。老子一開始就狠狠批了唯物主義一通。但是唯物主義卻傻逼呼呼的說老子是樸素的唯物主義。

電子雙縫實驗證實了老子的說法。當人不觀察單電子通過縫隙時,靶板上出現干涉條紋。當人觀察電子通過縫隙時,靶板上只有兩個條紋。也就是說“人慾”變成了實驗的一部分。

可以說老子很早就開啟了量子時代。老子提出了相應的生活方式:絕聖棄智,絕仁棄義,絕巧棄利,見素抱樸,少私寡慾。去甚,去奢,去泰。知其雄,守其雌,知其白,守其黑,知其榮,守其辱。……老子的主張可以總結為兩個字,無為。

可以說中國人大致是按照老子的主張生活的。老子其實是主張效法自然。所以中國一直是一種自然經濟社會。西方人則不是這樣。西方人積極有為的去追求。結果幾千年後,人類沒有任何改變,仍然是生老病死。所謂的文明並沒有改變什麼,反倒是文明威脅了人類的生存。

西方人最自豪的莫過於他們認為發明了哲學,又發明了科學。哲學又叫愛智慧。這正好證明西方人沒智慧。沒智慧才愛智慧。哲學是追問世界的本原。作為有智慧的東方人早就已經解決了世界本原的問題。 有兩種回答。一種回答是世界是無始無終的。它本來就在。它就是本原,何須追問。還有一種回答是無中生有。諸法不自生, 亦不從他生, 不共不無因 ,是故知無生。也就是說世界是不存在的。世界只是幻覺。

幻覺說是大多數人不能接受的。因為人認為“我思故我在”。我思故我在卻是違背邏輯的。這是自己證明自己。思考不能證明存在。如果思考能夠證明存在,石頭有思考嗎?

哲學的另一個追問就是關於我。我是誰?從哪裡來?將到哪裡去?這麼簡單的問題,東方的古人早就知道了。天下萬物生於有,有生於無。宇宙,生命,我。都是無中生有的。生於無,歸於無。所以無我,無人,無眾生,無壽者。佛說法49年,無非就是要人明白萬法皆空。

人無我,法無我。我是空,不是誰。既然是空,故無所從來,亦無所去。正因為萬法皆空,所以古人不像現代人,鑽頭覓縫的追求。萬法皆空還有什麼可追求的?求不到是空,求到了也是空。何必去求呢。 因空故,古人沒有所謂價值觀。只有是非觀。一切都是空,哪裡有什麼價值?價值觀是西方人灌輸箇中國人的錯誤觀念。所謂的人生三問就是西方最牛叉的哲學家康德提出來的。東方人早就有答案的問題,西方人苦苦追問了幾千年。反倒把已經明白的中國人帶溝裡了。

老子說有生於無,佛陀說萬法皆空。他們都是悟道的覺者。其實悟道並不是難事。難的是這麼簡單明白的道理,就是很多人不願意明白。他們是放不下心中的貪慾。


常德不離常德不忒


費曼曾經說過這樣一句話:“誰要是懂量子力學,那麼他就是真的不懂量子力學。”這句話看似矛盾,實際上對於很多有名的量子物理學家們,他們時常也對量子力學感到一頭霧水。

費曼是鼎鼎有名的物理學家,尤其是在量子物理學領域,費曼建樹頗豐,他提出的費曼圖、費曼規則和重正化計算方法,是研究量子電動力學和粒子物理的基本工具之一,費曼被譽為是愛因斯坦之後的又一個物理全才,20世紀初,相對論和量子力學橫空出世,給經典物理力帶來了一次巨大的衝擊。但是量子力學的發現者普朗克,一開始對於自己得出的能量量子化的結論是很難接受的,因為這有悖於經典物理學。

量子力學的建立,不是一個人的功勞,而是眾多量子物理學家畢生研究得出來的結果,然而直到今天,量子力學還是讓人類感到很困惑。1915年,愛因斯坦提出了廣義相對論,在1919年,廣義相對論預言被證實,但是與此同時,世界上真正能理解相對論的人屈指可數,而幾乎就在同一時期,量子力學的奠基人們說,世界上真正能理解量子力學的沒幾個,事實上量子力學太過於顛覆性。

經典物理學是精確的,而在量子力學領域,量子是具有不確定性的,在量子世界裡,量子的運動是不可以被準確預測的,就連薛定諤提出了薛定諤方程之後,他意識到量子的運動竟然是以概率波的形式存在,這也讓他感覺到困惑不已。相對論人創立者愛因斯坦說過一句著名的話,那就是“上帝不擲骰子”,這句話被認為是愛因斯坦反對量子力學的證據,實際上愛因斯坦並非是反對量子力學,而是反對哥本哈根學派對於量子力學的解釋,在愛因斯坦看來,任何一切表面上的隨機事件必有其深刻的內在聯繫。





其實很多的量子力學大師都說自己不懂量子力學,當然這並不意味著他們不知道怎麼解薛定諤方程,不知道不確性原理,只是對於他們這些站在科學前沿的人來說,或許知道的越多就越是覺得自己什麼也不懂。在很多人的眼中,概率從未成為大自然基本定律的一部分,而量子力學卻大量使用概率來描述現象,這也是一些科學家反對量子力學的重要原因。量子世界是微觀的世界,而這個世界是我們從未經歷過的奇異世界,所以我們只能用抽象的數學去描述它們,但是數學描述的結果卻與我們現實中的世界經驗和邏輯對不上,而這往往使我們迷惑不已。


鏡像科普


費恩曼是物理學中的全能大師,他一生的主要精力都集中在量子力學。

不僅費恩曼表達了量子力學的反常識性,波爾曾經也說過類似的話,他曾經表示:“如果你第一次接觸量子力學而不感到驚訝,那你一定是沒有弄懂它”。

事實上,量子力學確實晦澀,但放在現在卻有點不合時宜,經過100多年的發展,量子力學基本上已經婦孺皆知了,甚至村裡的農民都聽過量子糾纏這樣的術語。

量子力學的反常識之處已經經過多年的宣傳了,人們似乎已經將這種反常識認為成常識。

人類在20世紀之前,基本對分子以下的微觀世界一無所知,當時的物理學還被經典力學統治著,而經典力學就是基於宏觀世界歸納出的科學理論。

在經典力學領域,我們秉持著這樣的常識:

一:某一時刻,指定物體的時空位置是單一的。

也就是某年某月某日的八點,你只能在一個地方,而不會既在A地又在B地。

二:位置隨著時間的變化是連續的。

比如:你從家到學校不管是怎麼去的,總能找出某一時刻狀態下的你,使其處於總路程中的任意一個位置。

三:超距作用是不存在的。

不管是什麼作用,都需要介質傳遞這種影響。即便看起來是超距作用的萬有引力,牛頓也不得不引入“以太”這種假象物,使其符合非超距作用的理念。

在人類沒有深入到微觀世界以前,我們甚至一度認為以上三點就是經典物理學的普遍性規律。

然而量子力學全部顛覆這些“普遍性”規律

最早引起人類疑惑就是1900年由普朗克提出的能量量子化概念,由此標誌著量子力學的建立。

普朗克為了解決黑體輻射問題,硬是拼湊出能量量子化的概念,因為只有這樣才能更好地詮釋實驗結果。

能量量子化打破了能量傳遞的連續性,用分立間斷的量子(不可再分的基本單位)表述能量的傳遞。

這種非連續性跳躍在波爾的電子能級上體現地淋漓盡致。

科學家驚呼電子居然可以從低能級直接跳到高能級,而不需要經過任何過程。就好像瞬間移動一樣,你可以“瞬間”地從北京挪動到上海,而不需要經過任何路程。

隨後,電子的雙縫干涉實驗更是詭異

實驗的結果就是單個電子在不被觀察時,會同時經過兩個細縫,而觀察行為會導致這一特性消失。我們只能基於這樣的現象歸納出微觀粒子的波粒二象性,而不理解為什麼會存在如此令人詫異的現象。

量子力學曾經也讓愛因斯坦苦惱,在1927年的第五屆索爾維會議上,愛因斯坦曾經舌戰波爾。

他認為量子糾纏這種鬼魅般的超距作用是不存在的,肯定是量子力學不完備造成的。這其中的隱變量還未被發現而已。

愛因斯坦甚至用左右手套比喻量子糾纏的超距作用只是起始狀態就決定好的結果,這種超距作用只是邏輯推理而已。

然而事實並非愛因斯坦想得那麼簡單,在經歷80餘年的各種實驗驗證後,量子糾纏是客觀存在的超距作用已經是不爭的自然事實。甚至這種超距作用的速度至少是光速的一萬倍。

量子力學帶給普通人的不僅是詫異,更是世界觀的顛覆。面對這樣的量子力學,誰也得表現出謙遜!


科學認識論


費恩曼和愛因斯坦的進路不同!1首先費恩曼是正宗的美國人,而愛因斯坦是一個猶太籍美國人,因此他們是互相競爭者!當然費恩曼是一個有修養的美國人,他說話比較含蓄!只在他編的教科書中有禮貌的指出並非由於愛因斯坦發現了原子核的秘密而造出了原子彈!2當時恩里科費米~首席科學家!(楊振寧的指導老師)帶領美國工程師、技術工人使用了美國三分之一的電力終於造出了原子彈(但當時馮,諾依曼等世界頂級科學家還從理論論證了製造原子彈是不可能的!但是美國這個項目行政首腦採納了另一方科學家的意見!)但是當時美國頂級科學家擔心原子彈會點燃大氣層的氫氣,從而使整個地球變成大火球!於是又進行了嚴密的論證,最後大家達成共識,同意試爆!於是美國的原子彈實爆成功!整個過程費恩曼一清二楚!因此當世界所有的人把原子彈成功的花圈套在愛因斯坦脖子上時,美國那一幫實幹的科學家、科技轉化專家、資本、工程師、技術工人是不服的!當然文明程度比較高的西方人說話比較含蓄,基本不多說。3因此,當美國本土科學家接觸、使用世界高科技產品時,愛因斯坦等外國科學家是排除在外的,因為每一個外國科學家都要受到美國中央情報局、聯邦調查局的秘密審查,因此想接觸、知道、使用美國的超大望遠鏡、顯微鏡等等世界根據基礎科學發明創造出來的高科技產品是非常困難的!但是費恩曼等美國本土科學家卻可以隨意接觸、使用、研究、改進這種高科技產品!他們通過這種高科技的機器、工具、研究方法、乃至全套的科學理論不斷的發現速度越來越快、粒子越來越小的粒子!當然那肯定不是粒子,那是光量子!(普朗克已經通過非常精確的實驗證明不可能找到單個的粒子!只可能找到一堆粒子,並且它們在那裡那個位置也只可能)使用數學概率確定!因此費恩曼說量子力學世界上沒有人懂量子力學!就像第二次世界大戰後科學有時間喘氣轉到愛因斯坦的廣義相對論時,英國天文首席科學家愛丁頓爵士說的世界:那三個懂相對論的人在那裡?我正想找他!因此20世紀初時,正如威廉.湯姆生在1900年4月曾發表過題為《19世紀熱和光的動力學理論上空的烏雲》的文章。他所說的第一朵烏雲,主要是指邁克爾遜-莫雷實驗結果和以太漂移說相矛盾;他所說的第二朵烏雲,主要是指熱學中的能量均分定則在氣體比熱以及熱輻射能譜的理論解釋中得出與實驗不等的結果,其中尤以黑體輻射理論出現的“紫外災難”最為突出。第一朵烏雲出現在光的波動理論上”,“第二朵烏雲出現在關於能量均分的麥克斯韋-玻爾茲曼理論上“。威廉.湯姆生在1900年4月曾發表過題為《19世紀熱和光的動力學理論上空的烏雲》的文章。他所說的第一朵烏雲,主要是指邁克爾遜-莫雷實驗結果和以太漂移說相矛盾;他所說的第二朵烏雲,主要是指熱學中的能量均分定則在氣體比熱以及熱輻射能譜的理論解釋中得出與實驗不等的結果,其中尤以黑體輻射理論出現的“紫外災難”最為突出。因此追求科學家總是謙虛的追求真理的所在!因為他們有共同的理念:人類最大的智慧就是承認自己的無知!


煉丹爐2


物理學家費曼

費曼是20世紀最傑出的物理學家之一,參與了曼哈頓計劃。(也就是美國原子彈的研製)同時,也獲得了諾貝爾物理學獎,而他主要成就是集中在量子力學中。他曾經給大學本科生授課,這門課程的內容後來被整理成書,這本書就叫做《費曼物理學講義》,是如今最暢銷的大學物理學教材。

作為20世紀在量子力學領域的大牛,為什麼費曼會說出:世界上沒有人懂得量子力學?

世界上真的沒有人懂得量子力學?

其實,有類似的想法的不止費曼一個物理學家,有很多物理學家說過。比如:量子力學的奠基人,哥本哈根學派的領袖波爾就曾說過:

如果有人不對量子力學感到困惑,那隻能說明他不懂量子力學。

這麼多量子力學領域的專家都有類似的表達,那這當中一定有一些貓膩。

之所以他們有這樣的困惑,本質上是因為量子力學其實是描述微觀世界的物理學現象的理論,他們並非對理論感到困惑,而是對於微觀世界的離奇現象感到困惑。

那微觀世界到底存在什麼樣的離奇現象呢?

在物理學史上有一個堪稱離奇,詭異甚至是恐怖的實驗,這個實驗叫做:雙縫干涉實驗

由於篇幅關係,我們在這裡就不具體講這個實驗到底是咋回事了。我們就說說這個實驗另科學家十分困惑的地方是什麼。簡單來說就是:這個實驗有觀測者和沒有觀測者最終得到的實驗結果是不同的。

具體來說是這樣的,在這個實驗中,光子或者電子通過雙縫之後會在屏幕上成像,如果什麼都不管不顧,就會出現干涉條紋。

但是如果你在實驗裝置上加一個探測器,觀測電子或者光子是如何通過雙縫時,就會出現完全不同的實驗結果。是不是神奇?一開始科學家還不信,經過多次反覆的實驗,這個結果始終就是這樣的。也就是說,一個普普通通的物理學實驗,最終把觀測者捲入到其中,你說詭不詭異?

上帝不擲骰子

無論實驗是什麼樣子,對於理論物理學家來說就是要用理論對其進行描述。在上世紀20年代前後,海森堡提出了矩陣力學來描述,薛定諤提出了薛定諤的波動方程來描述。後來,狄拉克從數學上證明了兩者是等價的。實際上,到了海森堡,薛定諤和狄拉克已經是第三代量子力學的科學家,在之前此,第一代是普朗克,愛因斯坦;第二代是波爾,索末菲,波恩;除此之外還有泡利,德布羅意等人。

這幫人不光是在研究理論,他們還吵了起來,分成了兩派。一派是波爾領銜的哥本哈根學派,主力干將就有海森堡,泡利等人。另一派來頭也很大,愛因斯坦領銜,主力干將有薛定諤,德布羅意等人。

他們到底在爭啥呢?

說白了,他們就是在爭“這個不確定性”。海森堡提出了不確定性原理,描述了微觀世界的物理現象。他認為,我們沒辦法同時測量到微觀粒子的位置和動量的信息,測了一個,另一個就不準了。那這個該如何理解呢?

我們來舉個例子,就拿氫原子模型來說,我們傳統意義上認為電子是繞著原子核在轉的,這類似於地球繞著太陽轉。

但海森堡認為,所謂的“軌道”其實是假想出來的,並不存在,還不夠存粹。他基於當時的實驗現象,提出不確定性原理,用這理論來描述電子的運動。具體來說,就是利用“概率”來描述。電子可以出現在下面任意的位置,只不過每個位置的概率不同,因此,可以用電子雲來描述。

這種“不確定性”是愛因斯坦無法解釋的,他曾經在和波爾的論戰中就說到:上帝不擲骰子。

而波爾反擊道:愛因斯坦不要指揮上帝如何做。

反對派的主力干將薛定諤更是提出了一個思想實驗:薛定諤的貓。

用貓的既死又活的疊加態來諷刺哥本哈根學派。

無論是愛因斯坦,還是薛定諤都認為量子力學所描述的微觀世界是不夠完備的。他們其實都在試圖證明量子力學的不完備性。愛因斯坦認為,存在著一個最終極的可觀的真理,而不是像量子力學所描述的“不確定性”。而愛因斯坦的整個後半生,基本上都在試圖證明量子力學的不完備性和試圖提出終極理論,但他都沒有做成,隨著後續的實驗,最終的結果都偏向于波爾所領銜的量子力學哥本哈根學派的觀點。

實際上,我們無法理解量子力學的一個很重大的原因是我們無法換位思考。微觀世界的物理學現象和我們所處的宏觀低速的世界實在太不同了。這其實和我們無法理解相對論是一回事。我們所處的是低速和弱引力場的世界,而相對論描述的確實大尺度,高速,強引力場的世界。這種時空的巨大差異,導致我們無法理解,所以,說白了,這是尺度造成的


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