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怎样通俗的解释量子力学?

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online_member 发表于 2019-3-26 21:18:19 | 显示全部楼层 |阅读模式
对量子力学很有兴趣,最着迷的是量子的不确定性,不确定性就像有智慧一样,那么哪位大神能通俗的解释一下呢?求科学解释,来科普大神。
online_member 发表于 2019-3-26 21:18:33 | 显示全部楼层
自己做的菜为什么香?可以用来比喻量子学说吗?



自己做的菜为什么香?背后有什么深层次意义吗?
你或许会说,自己喜欢的食材,自己喜欢的口味,自己喜欢的做法,自己喜欢的调料,自己喜欢的火候……所以自己做的菜,加上心理学的“加持”效力,不香才怪了呢……
是的,外因内因结合,说的当然不错。
但我们可以延伸开来,从量子理论的角度来说说——自己做的菜为什么香?
怎样通俗的解释量子力学?378 / 作者:LANLAN88 / 帖子ID:44993
自己做菜往往比较用心、比较投入,那么,用心、投入是怎么样的力量?
进入微观量子世界,你的用心、你的投入甚至是你的观察都是非常重要的力量。
量子理论有一个悖论:盯着水壶并不能使水早点沸腾;盯着水壶能够使水早点沸腾。
盯着水壶并不能使水早点沸腾,这是一句外国谚语。当然,大家都知道这是一个常识。
而在量子世界,盯着水壶就有可能使水早点沸腾。这也是科学家的理论认识和工作方向。
怎样通俗的解释量子力学?787 / 作者:LANLAN88 / 帖子ID:44993

在量子世界,当你观察一个量子,量子象“含羞草” ,会“害羞”,它会在常态的变动中改变原来的状态。简单地说,就是从两种叠加的状态变成一种“有”的状态。
用量子理论的话语系统解说就是:微观粒子在衰变的过程中释放出自己的镜象,如果我们不去观察它,微子就不会坍缩,不会产生实有物质。当我们去观察它们的时候,观察行为会导致波函数坍缩,坍塌为具有质量的实有物质。
也就是说你盯着微子,微子就坍塌为实体。你盯着水壶使水早点沸腾,就变成一种可能。
怎样通俗的解释量子力学?131 / 作者:LANLAN88 / 帖子ID:44993
那么,自己做的菜为什么香?可以用作量子世界的比喻。
不是你自己做的菜,或者不知道是谁做的菜,则存在两种情况:也可能是香的?也可能是不香的?
就是说香和不香两种情况可能都有(如同薛定谔的猫或生或死都有可能)。或者说无所谓香不香?
而一旦你自己做菜,当然会做得比较香——正如你所说。
在量子学说中,你就相当于“观察者”,菜就相当于“量子”;你就是施动者,菜就是受动者;你就是确定者,菜就是被确定者;你就是影响者,菜就是被影响者……
一旦你确定,菜的状态(香味等)就一定能够确定。
因此,自己做的菜为什么香?
可以视作量子理论的一种比喻罢。


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online_member 发表于 2019-3-26 21:19:23 | 显示全部楼层
描述物体位置随时间变化规律的科学是力学,力学需要回答的核心问题是物体在哪里,有多快。
第一个完善的力学理论是由牛顿建立的,也叫牛顿力学或经典力学。经典力学可以把物体抽象成只有质量没有大小的理想模型,这个模型就是质点。在经典力学中,可以把质点位置的时间序列用一条连续光滑的曲线串联起来,这就是质点的运动轨迹。这条曲线对时间的一阶导数就是瞬时速度。这就是说在经典力学中,允许同时使用位置和动量两个参数描述质点的运动特性。质点的运动严格按照dp/dt=∑F的规律演化。在经典力学的理论体系中,允许同时应用质点的位置和动量两个参数刻画对象的运动,再加上动力学方程式,就意味着,如果已知对象的初始状态,并且将外界对对象的所有作用都一览无遗。那么就可以准确地说出对象在后续任意时刻的运动状态,这就是所谓的因果关系。即在经典力学的框架下,物质世界的发展原则上是可以预测的。
量子力学是另一种力学理论,其对物体运动的刻画方式不同于经典力学。量子力学中没有质点模型,而将物体与某一特征长度相对应,这个特征长度就是德布罗意波长。按照朗道的描述,在量子力学中不能把对象位置的时间序列用一条连续光滑的曲线串联起来,量子力学中没有“轨迹”的概念,也就没有瞬时速度的概念。当我们考察的精细程度越高时,至少在德布罗意波长的范围内,速度就丧失了其含义。因此,在量子力学中无法同时使用位置和动量两个参数描述对象的运动。那么,量子力学对对象的刻画就不如经典力学详尽,也就无法对对象的发展做出肯定的预测,而只能对其可能会发展成什么状态的概率进行预测。这个意思是说,某对象在t0时刻的状态是ψ0,在下一时刻,对象的状态可能发展成ψ1,也可能是ψ2,ψ3...中的任何一个。我们仅凭所掌握的ψ0这个初始信息,即使将影响对象变化的所有因素都一览无遗,并做出了精心安排。但仍不足以预料出对象在下一时刻究竟会发展成具体哪一个状态,而只能预测出对象可能发展成某一状态的概率,仅此而已。这就是量子力学和经典力学在认识世界观念上的根本差别,也就是所谓的量子力学不服从因果关系。
再看几个量子力学的核心概念:
1、物理量,如果某对象的状态可以用一类属性相同的数值来标志,那么这个标志就是描述该对象相应于这个状态的物理量。例如,从电子枪发射的电子落到胶片上会形成一个小黑点,这相当于对电子进行了测量,通过大量观察,总有一些电子对应的黑点出现在相同的位置上,我们说这些电子具有相同的状态,该状态由黑点的位置标志,那么位置就是量子力学中的物理量。量子力学还有其它的物理量,比如,能量,动量,角动量等。值得注意的是,量子力学中的一组物理量,远非能够同时具有确定的数值。典型的,位置和动量就不能同时具有确定的数值。
2、本征态和本征值,描述对象的状态有两类,占绝大多数的一类状态的特征是,如果对象处于该状态,那么对对象的每一次测量得到的结果可能是不同的,这种不同并非由测量技术和条件所导致,即使你做了最精心的安排和细致的观测,你都无法保证得相同的结果。因为这种差别来自于对象自身的属性。另一类状态则相反,对象一旦处于该状态,每一次对对象的测量都会得到相同的数值,那么这个状态就叫作对象相应于某物理量的本征态,所得的测量值叫作这个本征态的本征值。本征态的数量虽然较少,但在量子力学中却具有极其重要的地位。
3、态的叠加原理,某个物理量的所有本征态构成了一个完全集,即希尔伯特空间的一组法正交基,对象的任何状态都可以表示成这些本征态的线性组合。从几何上理解就是,任意态都对应一个矢量,该矢量可以分解为若干个基本正交矢量的和。每一次测量就相当于将矢量向某个基矢做了一次投影,所获的测量值只能是所有本征值之一。实际上在量子力学中某一个单次测量的结果意义并不重要,多次测量的平均结果才更能反映对象的行为特征。
了解了这些观念,再看看量子力学如何描述运动。对运动的描述离不开速度,在量子力学中没有瞬时速度概念,其速度的含义是,把一段时间中对象的位置平均值记为<x1>,另一段时间内的位置平均值记为<x2>,这两段时间的间隔为Δt,那么速度就是(<x2>-<x1>)/Δt。实际上相当于平均速度。当我们考察问题的精细程度越低,这个速度就越接近于经典意义上的速度。相反精细程度越高,这个速度就越丧失了意义。
按照费曼的描述,量子力学刻画物质世界的基本方式是这样的。 发生在空间中的任何一个事件或过程都有一个概率与其对应。这个概率P可由一个复数ψ给出,ψ是一个希尔伯特空间中的矢量,叫作概率幅,它的具体数学函数就是波函数。这几个概念的关系总结如下:
1、P代表概率,ψ代表概率幅,几何上它是一个矢量,代数上它是一个关于时空的函数,并且是一个复数,即波函数。
2、P=│ψ│。
3、当一个事件由几个可能的并列分支构成时,这一事件的概率幅就是这些分支的概率幅的总和。即ψ=ψ1+ψ2+...,P=│ψ1+ψ2+...│。
4、当一个事件由若干相继的步骤构成时,这一事件的概率幅就是这些步骤的概率幅的乘积。
5、当一个多分支事件发生时,如果能够确切地知道经历了哪一个分支,该事件的概率就是这几个分支概率的和。即P=P1+P2+...。
概率幅的代数表示就是物质波的波函数,这个波不是我们熟悉的机械波或电磁波,甚至可能根本就不是什么波,而仅仅是对其行为的数学描述与波的数学相同而已。波函数按照薛定谔方程给出的规律演化,其价值在于,它的模平方代表事件的概率。
按照这种描述,波粒两象性就不是必须的概念了。电子的双缝干涉可以用第3条的描述加以理解,要想观察到干涉,就不能知道电子经过了那一条路径。当在双缝上安装了探测装置,给出了电子经过了哪个路径,就像第5条描述的那样,实际上破坏了干涉条件,这就观察不到干涉。实际上,在量子力学中,处处体现了一些信息远非可以同时被掌握。例如,精确地掌握了对象的位置,就无法精确地获得其动量,精确地掌握了电子经过了哪个狭缝,就无法获得其干涉的信息。反过来也一样。量子力学在传达这样一种观念,即我们认识物质世界的精细程度存在着某种根本的限制。
在量子力学中,概率本质上是无法消除的,爱因斯坦和薛定谔对量子力学最不能容忍的正是这一点,量子力学远非被所有人接受。所以,薛定谔的猫,纠缠态以及EPR佯谬等,都是他们质疑量子力学理论体系提出的推理过程。从认识论的观念看,量子力学的确是一种倒退,但我们正是以这种倒退换取了了解物质世界的更多知识。量子力学仍然有待于进一步发展完善。
online_member 发表于 2019-3-26 21:19:46 | 显示全部楼层
俗话说,你要知道梨是什么味道的,最好的方法是亲自去吃一口梨。
量子力学要求的数学基础不是非常难。理工科学生,大学三年级都能去学习基本的量子力学课程。
如果题主对量子力学有兴趣,建议,花50元左右人民币,直接买量子力学教程,自学半年就行了。

为什么会有量子力学?简单的说,当人们开始探索微观、探索原子物理这个领域的时候,发现,原来的物理学,不能很好解释原子领域的现象。

比如,通过物理实验,我们能知道,原子是由原子核与电子组成的。那么,电子在原子核周围是什么样的状态呢?是像地球那样围绕太阳转吗?
再比如,通过实验,人们发现,电子的能量改变,从高能量状态到低能量状态,会释放出光(子)。但是传统理论也无法解释。在传统理论中,能量是可以无穷小细分的,如果不能分,那是我们的观测设备的精度问题。但是,物理实验告诉我们,能量不是可以连续细分的。而是从一个能级,到另一个能级,就像台阶一样,而且台阶还不是同样高度。

这些近代物理实验,迫使人类真正去了解微观世界。于是才有了量子力学。

简单的说,量子力学,特别是初等量子力学,就是通过薛定谔方程,来计算,微观世界中,物体(在微观世界中表现为粒子)物理量的物理学。其中,最主要的是计算粒子的位置、速度,这最主要的力学量,后期又引入了粒子自旋、能级简并等概念。

而测不准原理,简单的说,是量子力学所发现的一个基本原理。也就是通过大量实验所证明的一个事实:微观粒子的动量与坐标的乘积有个最小值。也就是我们不能同时获得准确的粒子位置与粒子能量。

另外,对量子力学的后期解释,被承认最多的,就是粒子物理量的几率解释。在量子力学计算中,直接计算得到的,是物理量的几率。比如给定氢原子电子的能级,则能计算出电子在外围空间位置的分布概率,用中学化学的语言表述,叫做电子云。

量子力学并不神秘,只是悖离我们的感觉系统。

事实上,从客观的角度来说,人类的感知系统,才是真正特殊的。它们只能感知某一范围的物理量。
online_member 发表于 2019-3-26 21:20:15 | 显示全部楼层
什么是量子力学,对此,懂和不懂同时存在于你的脑海里,但别人不知道。当有人问起你时,你可能立即回荅:懂!于是你就真以为自已懂了。如果你立即回答:不懂!于是你就真以为自已不懂了。但是,当问者转过身时,你立马又恢复到懂或不懂两种状态,那你究竟是懂还是不懂呢?专家表示无法理解,况乎吾辈一吊丝。这就是典型的量子测不准原理,薛定锷的死活猫论就是这意思。

怎样通俗的解释量子力学?85 / 作者:jansie1314 / 帖子ID:44993
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