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2020年量子理论篇_经典量子力学现象的解释薛定谔的猫

发布时间:2020-02-10 13:22 作者:宁夏睿智培训学校 次数:
今天是响应国家号召,在家坚守的第15天。

这15天因“非主观宅”而让我觉得异常漫长。闲来无事,于是阅读学习了一些量子理论中浅显易懂的知识内容。

以下是整理的部分笔记(一些基础的物理概念没有做解释,默认学过中学物理的都懂????)



1.量子力学现象的解释:

这些五花八门的解释里有共识,是我们都看得见的部分;有分歧,是我们看不见的地方,需要复杂的实验解释,薛定谔的猫,一个著名思想实验,演示了为什么会有那么多的解释。

要想区分这些解释谁对谁错,需要引入更多的实验证据。主流的叫“哥本哈根解释”。

2.量子,就是波粒二象性(这是世界存在的必要条件)指的是波动特征和粒子特征一一对应,且同时存在。
一个很形象的例子来解释粒子的二象性:假设你现在在游乐场,面前有一对海洋球。如果你只看到其中一个球,它圆圆的像一个粒子,这就是粒子性;
如果你调到一堆球里,海洋球就会像波浪一样涌动出去,这就是波动性。这就是波粒二象性。而量子的波粒二象性需要把量子想成不是一堆球,只是一个球,需要我们从这一个球身上看到连续的、能覆盖大面积的水波,就好比,一个人就是一支队伍。波粒二象性是无法想象其形状的,我们当初学的物理课本里,只强调了粒子性,也实属无奈,因为真的不好描绘。


薛定谔的猫

3.粒子,可以处于一种量子的叠加态中。(比如,电子同时处于电子核周围的所有位置上,形成了一朵电子云,这就是量子的叠加态;再比如,薛定谔的猫处于既死又活的状态,这也是一种量子的叠加态)同时用波和粒子的视角,定量地去衡量同一个东西,具体到量子力学中,就是指波和粒子的视角。薛定谔的方程就同时具有这两个视角。(物理学家薛定谔,利用波粒二象性,把以前的粒子方程和波动方程统一成了一个方程。)一个事物的本质可以与很多不同的表象。把几个方程统一了,就说明透过表象,找到了更本质的东西。

4.从波的视角看,量子隧穿就是一种波碰到了能屏蔽它的物质,把大部分挡在了外面,而只放了一点点漏过去的现象。需要达到一个特定的能量值,排斥力两边的原子核产生共振。



5.理解了波粒二象性以后,发现我们对世界的很多认识,和它真实的样子不一样,比如我们对确定性的认识。我们平常说的“世界是确定的”指的是物理世界的确定性。其实,世界确不确定取决于你的视角。

6.不确定性是量子世界的基本性质,无关测量,是指粒子的一些承兑的物理量的叠加态,存在此消彼长的数学关系。量子世界从来不会直接向你展现它的样子,只有在测量时才会呈现一个样子给你。测量方式不同,结果不同。正所谓,横看成岭侧成峰,测量方式决定了量子概率的呈现方式。



7.概率,是我们认识量子世界的接口。

哥本哈根解释就是集合了不确定性、概率性和波函数实在性。不测量时,微观和宏观世界都是以波函数的形式存在,宏观世界同时也以我们熟悉的方式存在。





8.量子纠缠,就是瞬间推断。测量的影响不能超光速,但断绝关系完全可以。你测量其中一个粒子A,就能瞬间推断另一个粒子B的测量结果,不管B离你有多远。量子纠缠的过程是超光速的,但它并不违背相对论,它们之间不是传递经典信息,而是量子信息(波函数才能写清楚的信息)量子信息是非局域的,本质还是波粒二象性。



9.量子力学之后,相对论还在,但局域性却不成立了。相对论说的是经典信息的传播不可能超过光速,但它并不限制量子信息。量子力学的非局域性就是一种典型的整体思维。量子力学不仅适用于微观世界,也适用于外观世界。

对物质来说,同时呈现波粒二象性,就是量子状态;粒子特征突出,波动特征很弱,就很接近我们平时说的经典状态。


10.量子计算到现在还没有实现商用,一个重要的原因就是我们防止不了退相干,它们保持相干性的时间太短。可以改进设计,让整个量子系统更加抗干扰。抑制退相干,平衡操控性。实例:拓扑量子计算,不让一个粒子直接携带数据,而是让许多粒子发生大规模的量子纠缠,让它们用整体的量子状态来携带数据。整体的量子状态不怕一般的干扰,所以就不用把干扰因素屏蔽得太绝。

11.能量随着空间位置变化的剧烈程度,就是“力”的本质。能量变化剧烈,力就大;能量变化和缓,力就小。加速时的推背感主要原理是泡利不相容:这里我占了,你就不能占。

12.在微观世界一个样,在宏观世界另一个样子的情况,叫作有层级。物体的(惯性)质量,质量是静止的能量。可以转化成质量的能量,一定不是随着参照系变化而变化的那种能量,不是动能,只能是势能。所以物体质量的本质,其实就是一种势能。基本相互作用产生势能,势能转化为质量。


量子理论发展规律带来的启发:

1. 凡理论都有局限性。量子力学有它的能量高度,这就决定了量子理论诞生的必然性,但更重要的是,也决定了量子理论只能解释一定能量范围内的物理现象,在未知的物理理论面前,它就是一个低能有效理论。

2、理论的解释力取决于事物的复杂度。量子力学是解释简单化,理想化,极端问题的。

3、真理只有一个,但真理的表述形式不止一个。这是由角度导致的,且在同一个物理现象上,不同的表述形式一定存在等价性。所以,只要在量子力学的解释范围之内的,都不用担心出错。

PS:关于量子力学,对于我这种纯粹因为感兴趣而入门,且没打算深入了解的,大可不必把学习过程设定为一个钻研过程。这几日碎片化的学习,我把视为一种通往“世界究竟何以存在”的认知途径。在一个简单低能有效理论的生命周期里,能尽可能地多了解它对真实世界的解释和应用,何乐而不为呢?