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为什么说量子力学给人类带来了希望,同样也能让人感到绝望?

    地球是一颗美丽的蓝色星球,在地球上生活着很多生物,有海洋生物、有陆地生物、有两栖生物和微生物等等,在众多生物中,人类是地球上最有智慧的生命,人类从诞生以后就开始不断的探索世界的奥秘,经过几千年的科技发展,现在人类已经能够走出地球探索宇宙,这说明人类科技发展的速度还是非常快的,当人类走出地球看到宇宙之后,人类才知道,地球并不是唯一的世界,在地球外面还有很多天体,像恒星、彗星、小行星、中子星、白矮星等等这些都是宇宙大爆炸之后产生的,我们的地球就是太阳系中的一颗行星,不过地球这颗行星和其它行星最大的区别在于地球诞生了生命。

    生命的出现给地球这颗行星增添了很多色彩,尤其是人类出现以后,解开了地球上很多的奥秘,人类文明从诞生到现在只有几千年的时间,在这短短的几千年内,人类能够站到地球食物链的顶端,这说明人类的科技进步很快,不过人类之所以能够有如此之快的科技发展,只要还是要感谢伟大的科学家,在人类发展的道路上出现了很多伟大的科学家,比如说牛顿、爱因斯坦、哥白尼、伽利略等等,这些伟大的科学家给人类科技发展起到了重要的作用,如果说牛顿出现以后给人类打开了宇宙的大门,让人类对天体运行的基本规律有了一定的了解,那么爱因斯坦出现以后就给人类探索宇宙指明了方向。

    牛顿和爱因斯坦是科学界最伟大的两位物理学家,如果没有这两位科学家,人类文明可能要倒退几百年,在19世纪的时候,众多科学家一起创立了量子力学,量子力学是由普朗克、玻尔、海森堡、薛定谔、费米、爱因斯坦等人一起创立的,那么为什么要创立量子力学呢?在创立量子力学之前,人类一直认为经典物理学已经能够解释世界上很多的问题了,比如说在低于光速下,牛顿的定律能够精准的解决所有机械运动的问题,电磁现象的规律被总结为麦克斯韦方程,光的现象能够被波动理论完美的解释,热现象能够被热力学和统计物理学所解释,看上去世界上的所有问题都已经被人类解开了。

    就在这个时候,科学家突然发现,经典物理学只能够解释宏观世界的问题,如果进入微观世界,那么经典物理学就失效了。为了解决微观世界的奥秘,所以众多科学家一起创立了量子力学,到现在为止,量子力学和相对论被称为是20世纪 物理学的两大支柱,基于量子力学的应用是非常多的,比如说整个半导体产业,基本上都是利用量子力学的基础,如果没有量子力学,那么就不会有芯片、计算机等其它各种电子产品,可以说人类能够进入信息化时代,主要还是依靠量子力学。

    量子力学的出现给人类带来了希望,因为它让人类对微观世界有了一定的认知,微观世界并不像我们的宏观世界一样,能够直观的看到,在人类没有发明显微镜之前,人类并不知道微观世界是什么样子的,显微镜出现后,世界被放大了很多倍,这时候一个神奇的微观世界就出现在了人类的眼前,其实微观世界才是真实的世界,因为我们的世界都是由无数个原子组成的,我们平行所看到的桌子、凳子、大海、山峰都是有一个一个微小的原子所组成,微观世界是一切事物的本质,想要知道世界是怎么来的?就必须进入微观世界去探索,虽然量子力学对于人类的贡献很大,但是量子力学也让很多人感到害怕。

    因为在量子力学中,存在很多不确定性原理,不确定性原理其实是量子力学中的一个物理定律,但是由于不确定性原理和我们平时的认知有些悖论,所以很多人都无法理解,就连爱因斯坦这样伟大的科学家都无法认同它,在经典力学中,任何事物做出选择,那么就必然会得到一个结果,比如说我们手里拿着一个苹果,当我们松开手的时候,这个苹果就会掉在地下,而这是必然的结果,简单来说经典力学就相当于1+1=2,这时无法改变的事实,而量子力学中却存在很多我们无法预测的结果。

    比如说位置和速度就是一对共轭量,当我们测量位置时,测量的越准确,对其速度的干扰就越严重,结果速度就越不准确,如果我们测量的粒子速度越准确,那么粒子的位置就越不准确,反过来也是成立的,简单来说就是我们不可能同时准确的知道粒子的速度和位置,这就是量子力学的不确定性原理,按照量子力学的原理,我们的宇宙中所有的粒子都是具有量子性,我们这个确定的世界是建立在不确定性之上的,在宏观世界中,我们能够同时测量汽车的速度和位置,是因为发射出现光子对汽车的扰动可以忽略不计,而在微观世界光子对粒子的干扰确实显著的。

    在量子力学中有很多经典的实验,比如说双缝干涉实验、薛定谔的猫,量子纠缠等等,量子世界的这种不确定性实际上也会出现在宏观世界中,因为宏观世界的一切都是由微观粒子组成的,而宏观和微观本来就是一体的,并没有明显的分界线,只不过宏观世界的不确定性不太明显,而且波动性可以忽略不计,所以我们很难在宏观世界中感受到,量子力学告诉我们,我们所看到的有时候并不是真的,因为量子叠加态的缘故,所以结果可能也是不确定的,所谓叠加态就是把不同的状态叠加在一起,包括在宏观世界相互矛盾的状态。

    比如说一个粒子在不观测它时,它的状态是无法确定的,它即处于向左旋转,又同时向右旋转,这在宏观世界中是不可能的,毕竟这是违反常识的,但是在微观世界中,确实存在这种情况,这就类似于薛定谔的猫,这只猫既是活的也是死的,为此还有很多人根据叠加态衍生出了平行宇宙,他们认为,原本事情的结果其中一种,但是当我们不去观察它的时候,平行宇宙就会叠加在我们的宇宙中,所以事情的结果就会存在叠加态,如果我们直接观测事情的结果,那么平行宇宙的叠加态就会消失,这时候我们就只能够看到一种结果。

    关于量子状态的确定,在科学界一直争论不休,就像两个纠缠的粒子,它们各自的状态是什么时候被确定的?一个观点认为它们在产生的时候就已经被确定了,这是爱因斯坦的观点,它认为两个纠缠状态的粒子,就像一双鞋子一样,一个是右脚,另一个肯定是左脚,不过另一个哥本哈根大学学派的观点认为,只有在观测它的时候,造成波函数塌缩时候才确定的,在没有观测它之前,它就处于叠加状态,或者说没有确定的状态,只有观测它后才会确定它的状态。为了证明这两派的观点到底谁是对的,最终科学家利用贝尔不等式给出了答案。

    爱因斯坦和玻尔的争论可以理解为出生确定和观测确定,在贝尔对量子纠缠进行更深入的分析之后得出,测量结果取决于每一半内隐藏变量的假设,局部隐变量模型可以重现量子力学的预测,但之后他证明这不能普遍成立,于是被称为贝尔公式,贝尔证明了定域性和隐变量不相容,如果一个因变量定律是对的,那么一定会出现一个满足物理现象,一个会限制物理现象,最终贝尔不等式证明了量子力学中的不可观测性,正因为如此,所以很多人对量子力学感到非常害怕。虽然量子力学对于现代人类科技发展来说意义很大,但是量子力学也并不是完全正确的。

    因为量子力学无法解释引力的存在,引力是属于相对论中的一种基本作用力,在我们的世界中,存在四种基本作用力,它们分别是强相互作用力、弱相互作用力、电磁作用力、引力,强三种作用力都属于量子力学的范围,但是引力也属于相对论的部分,如果用量子力学来解释引力,根本无法解释清楚,但是如果用相对论来解释前三种作用力,也没有办法解释清楚,这说明量子力学和相对论都存在一定的漏洞,否则不可能出现这种情况,按理来说,我们的世界是一体的,所用的物理定律都是一样的,既然如此,那么应该有一套完全的理论来解释世界万物的奥秘。

    既然目前相对论和量子力学无法融合在一起,那么说明在这个世界上还有很多神秘的东西是科学家没有找到的,直到现在还有很多人无法相信量子力学是正确的,因为在很多人的认知当中,科学就应该是严谨的、确定的、而爱因斯坦就是这种想法的代表人物,不过量子力学认为,所有的事物都能够在同一时间拥有不同的状态,事情的结果会在被观测的一瞬间塌缩成所谓的事实,而出现的事实是完全随机的,但事实的概率需要看哪种成分叠加态中所占的比例更多,在很多人看来,这显然违背了物理学的严谨,以至于爱因斯坦说出了那句著名的话:上帝不掷骰子。

    不过事实证明,量子力学是正确的,经过数百年的研究,量子力学已经从开始的茅草屋变成了现在的高楼,很多人认为,量子力学之所以神秘是因为在微观世界中存在很多我们不知道的奥秘,其实并不是在微观世界,而是在我们的世界中存在很多我们不知道的奥秘,毕竟微观世界也是我们世界的一部分,纵览量子力学一百多年的历史,其实就是物理学颠覆重建的过程,曾经那些被称为是经典的理论被拉下神坛,而那些曾经被人类怀疑的理论变成了真理,其实这才是科学的魅力,科学就是在不断的推翻和更新,从一开始的地心说,到后来的日心说,虽然哥白尼的日心说最终推翻了地心说。

    但是日心说也并不完全正确,地球是围绕太阳转动,但是宇宙的中心并不一定是太阳,直到现在我们都不知道宇宙的中心在哪里,从牛顿的经典力学,到爱因斯坦的相对论,谁能够想到牛顿当时被称为是神一样的人,他的理论也是存在缺陷的,虽然目前为止,相对论和量子力学已经成为了科学界的两大支柱,但是谁又敢说量子力学和相对论是绝对正确的?说不定再过几十年或者几百年,人类历史上又会出现一位伟大的科学家,这位伟大的科学家会用新的理论推翻相对论和量子力学,这也是有可能的。

    毕竟我们所了解的世界其实是片面的,就像我们看不到宇宙的全貌一样,目前人类能够观测到的宇宙直径达到了930亿光年,这个范围并不是宇宙的全部范围,宇宙或许比我们想象的还要大,不过宇宙到底有多大?目前科学家也不是很清楚,我们对宇宙的了解只不过是冰山一角,宇宙中到底隐藏了多少秘密?现在科学家也在积极的研究和探索当中。

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