生活中可以体验到量子力学效应吗?

量子力学所描述的是一个完全区别于我们宏观经验的微观世界。美国伟大的物理学家费曼(Richard Phillips Feynman)曾经说过,

如果谁在思考量子力学时不感到困惑,那他就没有真正懂得量子力学

生活中可以体验到量子力学效应吗?

费曼之所以这样说,是因为量子力学在基本原理的层面上也许还有待完善,而更主要的原因是,我们在生活中是永远无法直接体验到量子力学效应的

生活中可以体验到量子力学效应吗?

在宏观经验中,一个乒乓球可以抽象为一个粒子,一列在水面荡漾的波浪完全可以抽象为一列。很明显在宏观世界中,乒乓球(粒子)就是乒乓球,波浪(波)就是波浪,谁也没有见过一样东西既是乒乓球(粒子)又是波浪(波)。在我们的思维意识体系中,粒子与波是对立的、不可共存的两种截然不同的存在形态

然而,这两种对立的存在形态竟然可以被统一在一起,事情确实在量子力学中发生了

生活中可以体验到量子力学效应吗?

量子力学认为,任何粒子都同时具有粒子性与波动性,例如电子在双缝干涉实验中可以表现出足够明显的波动性质的干涉效应。这种宏观经验中的对立在微观世界中的统一,正是量子力学最不可思议之处。

那为什么我们一直无法在基本粒子组成的宏观世界中体验到粒子的这种粒子性与波动性的对立统一呢?是因为我们的“体验”不够精确,还是因为粒子组成的宏观客体已经丧失了全部的量子性质?

生活中可以体验到量子力学效应吗?

传统的回答跟波长有关系。德布罗意针对于粒子的波长给出了一个关系式E=h/λ,式中的E为粒子的能量,h为普朗克常数,λ为波长。拿一个足球为例,由于普朗克常数h是一个小量,约为6.6260693×10^-34 J·s,而足球的能量相对来说是非常大的(足球的质量乘以光速的平方),由此可知一个足球的波长是非常非常小的,通过简单的计算可知,其数量级约为10^-50m,理论上得出的波长实际上都已经小于普朗克长度了。因此,我们根本观测不到一个足球的波动性,它的波长实际上太小太小了。这就表明了我们宏观世界中的物体因为质量太大而导致波长非常小,以至于我们体验不到它们的波动性

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第二个回答跟波函数坍缩有关系。实际上宏观世界中的任何物体都处于聚集的状态,因此它们可以认为无时无刻不处于一个被测量的过程中,这里的测量是其自身组成结构对另外一部分组成结构的相互作用,这个作用可以是电磁力等等。因此,宏观生活中的全部客体都不停地在经历着波函数坍缩而仅仅只能呈现出粒子性

也正是这两个原因,将量子力学效应彻彻底底地与我们的宏观世界隔绝开了,以至于量子力学中所表现出的一切现象,对我们来说,都是那么的新奇与诡异!



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