一. 什么是經(jīng)典物理18至19世紀，科學知識發(fā)生了這指數(shù)性增長。牛頓力學、電磁學、熱力學取得了非凡的成效，各種物質(zhì)：桌子、椅子、鐘表、炮彈、汽車等等都能成功的被這三個領域的知識所描繪其運動與行為。 二. 什么量子物理經(jīng)典物理學只能解釋宏觀物體的運動與行為，但是要描述一個粒子（比如：電子）的運動方式，只能用量子物理解釋。量子物理的誕生，徹底顛覆了人們的常識，讓我們看看微觀世界到底怎么了？ 1. 什么是量子
量子的概念最先被普朗克提出，后來發(fā)現(xiàn)包括光在內(nèi)的所有電磁輻射都是量子化的，而非連續(xù)的。愛因斯坦也因為從這個角度考慮光的特性，成功的解釋了“光電效應”而獲得諾貝爾物理學獎金。但是，有大量的證據(jù)也表明光像是擴散而連續(xù)的波。這是為什么？怎么可能既連續(xù)又離散呢？ 2. 電子躍遷玻爾發(fā)現(xiàn)，在原子內(nèi)部，電子并非繞著原子核旋轉(zhuǎn)。如果真的是這樣，根據(jù)經(jīng)典物理學，帶正電的原子核會促使帶負電的電子持續(xù)釋放光能，電子會很快失去能量，并朝著原子核螺旋運動，導致原子塌縮。而事實上電子沒有發(fā)生這種情況，為什么？ 為了解釋原子的穩(wěn)定性，波爾認為，電子不是自由的占據(jù)原子核外的任意軌道，而是占據(jù)著某些固定的軌道。電子只能從一個軌道躍遷到下一個較低的軌道，并釋放與兩個軌道的能級差完全相同的能量團，也就是量子。相應的，如果電子躍遷到一個較高能級的軌道上，就要吸收一個相應能級差的能量。 3. 測不準原理海森堡認為，我們不可能同時知道粒子的位置和速度，我們不觀測粒子的時候，它的位置和速度都不可知，只有當我們觀測它的時候，才能準確的知道它的位置，或者準確的知道它的速度。粒子的特性完全取決于觀測者，而不是客觀存在。 比如：白馬真的是白的嗎？它的顏色取決于觀察者的設備，因為人眼對反射光有確定的接收頻率，而顏色是由頻率決定的，所以我們看到的是白馬。如果此白馬被其他接收不同可見光頻率的眼睛看到后，一定不是白色的。 4. 波動方程薛定諤發(fā)現(xiàn)，電子并不是一個在原子內(nèi)部做繞核運動的、位置不可知的、模模糊糊的粒子，而是在原子內(nèi)傳播的波。薛定諤將一個沒有被觀測的粒子描述成為一種物質(zhì)波，只不過我們一觀測，物質(zhì)波就塌縮成了一個離散的粒子，這個過程，也叫作退相干。后來，薛定諤的原子理論發(fā)展成了波動力學。波動方程的解不會告知電子在特定時間點的確定位置，而是提供了一個數(shù)集：當我們?nèi)y量電子的時候，電子在不同位置出現(xiàn)的概率各有多大。 只要不去測量，電子會同時出現(xiàn)在多個地方。波動方程覆蓋整個空間。我們的極限就是計算出電子同時存在于空間各點的概率，而不能在一個特定位置找到電子。這并不意味著認知缺陷，我們也無法通過獲得更多的信息彌補此缺陷，概率本事就是微觀世界的本質(zhì)特性之一。 5. 量子隧穿電子等微觀粒子能夠穿過它們本來無法通過的“墻壁”，這就是量子隧穿現(xiàn)象。這是因為根據(jù)量子力學，微觀粒子具有波的性質(zhì)，而有不為零的概率穿過“墻壁”。 對于電子，什么是“墻壁”呢？比如：在兩塊金屬（或半導體、超導體）之間夾一層厚度約為0.1nm的極薄絕緣層，由于電子不易通過絕緣層，因此絕緣層就像一個“墻壁”。假設電子開始處在左邊的金屬中，經(jīng)過試驗發(fā)現(xiàn)，該電子能夠穿越“墻壁”來到右側的金屬中。 6. 量子糾纏這個更炫。 1982年，阿斯沛和他的小組成功地完成了一項實驗，證實了微觀粒子之間存在著一種叫作量子糾纏的關系。在量子力學中，有共同來源的兩個微觀粒子之間存在著某種糾纏關系，不管它們被分開多遠，都一直保持著糾纏的關系，對一個粒子擾動，另一個粒子（不管相距多遠）立即（瞬間）有反應。如果觀測其中的一個粒子，兩個粒子都在瞬間塌縮，不管相聚多遠，兩個粒子之間在瞬間完成了通訊。 7. 宏觀物體為什么沒有量子特性？任何一個宏觀物體，比如我、籃球等都是由無數(shù)個基本粒子組成的。既然每個基本粒子都在量子力學的控制下，一個宏觀物體為什么不能表現(xiàn)出量子隧穿現(xiàn)象、量子糾纏現(xiàn)象呢？ 宏觀物體由成千上萬的大量粒子組成，粒子之間發(fā)生碰撞，從而破壞了粒子波動性，也就是粒子瞬間塌縮，從而我們宏觀物體沒有表現(xiàn)出量子特性。 |
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