关于本书的量子力学发展历史梳理
牛顿经典体系的微粒说(以太为介质)
19世纪:托马斯·杨等人发现光的干涉、衍射、偏振现象。一定程度上否定了微粒说。
麦克斯韦的电磁理论、赫兹的实验确认了光的电磁波本质。(波动说)
研究黑体辐射:韦恩和瑞利的公式
普朗克引入量子理论
光电效应:爱因斯坦借用普朗克的量子概念,提出光是由不可分割的光子组成的。
密立根实验证实了爱因斯坦的理论。(微粒说)
康普顿效应:散射光中除了有原波长λ0的x光外,还产生了波长λ>λ0 的x光,其波长的增量随散射角的不同而变化。
光子除了具有能量还具有动量。(微粒说)
粒子的波动性:德布罗意波
戴维逊和G.P.汤姆逊的电子束衍射实验证明了电子的波动性。(波动说)
光具有波粒二象性。
J.J.汤姆逊发现了电子,建立原子结构的枣糕模型。
卢瑟福的核式结构模型。
玻尔的原子模型:引入了量子概念。
轨道量子化和定态。
(玻尔仍然将电子运动看作经典的微粒运动,不能解释比氢原子更复杂的原子了)
玻色-爱因斯坦统计:将光看做同样的粒子,可以推导出普朗克公式。(微粒说)
海森堡:“一个物理学家应当始终坚持严格的经验主义,而不是想象一些图像来作为理论的基础。”
建立的电子运动模型:matrix 矩阵
运用矩阵推导出量子化的原子能级和辐射频率。——矩阵力学(数学证明了玻尔理论,微粒说)
古兹密特提出电子自旋假设。
薛定谔提出波动方程,解释了电子只能在特定能级上运行的原因。认为电子的本质就是波。(波动说)
海森堡和薛定谔的争论:
争论当然是物理上的问题,但在很大程度上已经变成了哲学之争。薛定谔就是不能相信,一种“无法想象”的理论有什么实际意义。而海森堡则坚持认为,图像化的概念是不可能用在量子过程中的,它无法用日常语言来描述。
波尔的概率说:
现在我们可以理解为什么大量电子能组成干涉条纹了,因为虽然每一个电子的行为都是随机的,但这个随机分布的总的模式却是确定的,它就是一个干涉条纹的图案。我们只能预言概率而已。
自牛顿时代以来,物理学的发展越来越说明万事万物都可由定律说明和把握(拉普拉斯的决定论)。而量子力学对经典决定论发起了挑战。(自由意志的复兴?)
量子论之后—>形而上学
不确定性:
海森堡测不准原理 p×q ≠ q×p 无法同时测定电子的动量和位置。问题出在“测量”上。
电子是微粒还是波取决于我们如何观察:
我们可以说,在我们运用肉眼的观察方式下,马呈现出白色。同样我们也可以说,在戴上眼镜的观察方式下,马呈现出红色。色盲也可以声称,在他那种特殊构造的感光方式观察下,马是红色。至于马“本来”是什么色,完全没有意义。甚至我们可以说,马“本来的颜色”是子虚乌有的。
在量子论中没有外部世界和我之分,我们和客观世界天人合一,融合成为一体,我们和观测物互相影响,使得测量行为成为一种难以把握的手段。(当我们测定电子的位置,它就成了粒子;当我们测定其动量,它就成了波。换言之,客观世界并不存在,有的只是我们主观的经验)
奥卡姆剃刀:实证主义原则,与玄学、宗教不同,要求“可检验”。
玻尔-爱因斯坦之争:
玻尔介绍了互补原理,爱因斯坦相信严格的因果律。
爱因斯坦对量子论的攻击:一个大粒子衰变形成的两个小粒子,其自旋方向必定是相反的。那么当我们观察其中一个粒子时,另一个远在天边的粒子如何能感知到这种观察并瞬间作出决策呢?(结果爱因斯坦的攻击并不成功)
薛定谔的猫:把量子效应放大到日常生活。
当我们没有观测到箱子里的猫时,它就既是活的又是死的。(类似于王阳明心学:“你未看此花时,此花与汝同归于寂;你来看此花时,则此花颜色一时明白起来……”)
冯诺依曼的“无限复归”:任何测量行为本身,一直到我们的意识接触它之前,都是出于量子的不确定态中的。换言之,是我们的意识才使得波函数坍缩。
“韦格纳的朋友”:这个朋友戴着防毒面具和薛定谔的猫呆在一个箱子里,当他的意识被包含在这个系统内时,叠加态就不适用了。——意识可以作用于外部世界。
什么是意识呢?——意识是一种信息的组合模式,大脑只是它的载体。
意识只是取决于原子的排列组合吗?——复制一个和你一样的人体,它是否能具有与你相同的意识?
“不可复制定理”:在传输量子态的同时,一定会毁掉原本。
那么,是否将我们身体的所有原子扫描一遍,把信息刻录在另一个载体(比如计算机)上,它就拥有了和我们相同的意识呢?
图灵检验-当我们从实际上无法区分计算机和人时,就等于计算机有了意识(智慧)
惠勒的延迟实验:任何一种基本量子现象只在其被记录之后才是一种现象。——我们的存在决定了宇宙的性质,也创造了宇宙的历史。
正是因为我们存在,我们才能理解我们存在的原因。笛卡尔“我思故我在”。(上帝掷骰子)
另一条思路:电子通过双缝时的瞬间波函数一定坍缩了吗?
量子论的多世界解释:电子在一个世界里通过了左缝,在另一个世界里通过了右缝。量子过程创造了多个世界(平行宇宙)。
宇宙始终只有一个,但它处在一个非常高的维度空间内,我们生活于其中的宇宙是这个高维宇宙在不同维度空间中的投影。
那么为什么我们感觉不到其他宇宙,而电子却可以在通过双缝之前同时感知左缝和右缝世界呢?
——退相干理论:在高维空间内任取两个低维世界,它们正交的概率是非常高的,也就是说在A世界很难观察到B世界的投影。在量子世界,牵涉到的粒子数很少,用以模拟它的希尔伯特空间维数较低,两个世界相互形成投影的概率较大,所以电子能够同时“感知”两个世界。
当我们观察到电子的时候,我们、观测仪器连同电子本身组成了一个包含粒子数更多的整体,这样我们就必须用相当高维的希尔伯特空间来描述,从而感知不到“两个世界”。(退相干)
平行宇宙论实际上回到了决定论,否定了自由意志。(上帝不掷骰子)
最终人择原理:一旦你存在,就不可能死去,因为无限多个宇宙中总有一个能保证你不死去,因为其他的宇宙对你而言是无意义的。故而你的意识决定了你的存在。(又回到唯心论)这是否说明有天堂存在?——但是为什么在我的世界里看不到寿命很长的人呢?
贝尔不等式:∣Pxz-Pzy∣≤1+Pxy
若该不等式始终成立,则客观世界满足经典物理学的假设,量子之间是不存在“心灵感应”的。
实验结果不满足贝尔不等式,所以爱因斯坦客观世界的假设错了。“上帝死了”
系综论:只有在系统中才能谈论属性,单个粒子是不存在属性的。
薛定谔的猫的四种解释:
猫的确又死又活,只不过在我们观测的时候“坍缩”了;
有两只猫,它们在一个宇宙中活着,在另一个宇宙中死去;
猫从未又死又活,它的死活由看不见的隐变量决定;
单只猫的死活是无意义的事件,我们只能描述无穷只猫组成的“全集”
退相干历史解释:我们的观察其实只是粗略历史,和量子本身的精确历史不同,粗略历史中的各种干涉被相互抵消,从而使我们感觉不到干涉的存在。
其他学说......