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量子力學究竟在研究什麼?

什麼是量子力學?

量子力學是人類的物理學理論,同時也是人類的物理學理論基礎,量子力學主要是描述微觀粒子的運動規律,在量子力學中存在很多顛覆傳統認知的定律和現象,微觀粒子的運動方式彷彿遵循另一種規則。

從定義上來看,量子力學似乎並不複雜,無非就是在研究“量子”的運動規律和性質,是從微觀的角度去刨析宇宙的本質。實際上的量子力學十分複雜,完全和我們熟知的世界是一個不同的領域,著名的物理學家費曼就說過:“沒有人真正懂量子力學”,他認為,如果有一個人聲稱自己搞懂了量子力學,那麼這個人就是對量子力學一竅不通。

理查德·費曼

不止是費曼,眾多物理學家都對量子力學感到疑惑,比如說“薛定諤”和“愛因斯坦”這兩位物理學大師,就曾經多次討論自己對量子力學的看法,因為量子力學和相對論是目前人類的兩大基礎理論,相對論解釋宏觀的時空觀,量子力學解釋微觀的粒子運動,但是兩個理論並不能相容,科學家一直想要讓這兩個理論可以相容,可惜的是在宇宙面前,量子力學和相對論都存在一定的漏洞,是“不完善”的。

以愛因斯坦為首的一部分科學家認為,不論是量子力學還是相對論都是不完善的理論,人類需要找到新的理論去解釋量子力學中出現的現象,比如說“量子糾纏”還有“觀察者效應”這些確實存在又違反常識的現象。

而另外一部分以玻爾與海森堡為首的哥本哈根學派物理學家認為,現在的量子力學就是正確的,而哥本哈根學派的“哥本哈根詮釋”被認為是目前最正確的詮釋,也是目前公認的對量子力學系統的基本描述。

而在一開始,愛因斯坦並不認同玻爾與海森堡的理論,他針對當時的哥本哈根詮釋提出了許多疑問,這些問題直接指出了當時哥本哈根詮釋的理論缺陷,迫使玻爾與海森堡還有其他的科學家完善了哥本哈根詮釋。

愛因斯坦從來沒有不認可過量子力學,只是他對於宇宙的理解和量子力學對宇宙的詮釋不一樣,在量子力學中,宇宙的本質是“隨機”的,在“雙縫干涉實驗”中,量子的狀態會根據觀察者是否存在發生變化,人類的觀察會對量子的狀態產生影響,目前還沒有任何一個理論可以簡單明瞭的解釋這個問題。

那麼“量子”又是什麼呢?這裡的“量”指的不是能量,而是“物理量”,比如說“時間”,“長度”等等,任何一個物理量的最小不再可分割單元被稱為是“量子”,所以不只是物質存在量子狀態,我們對宇宙的認知也止步於量子。

任何比量子更小的物理單位都是沒有意義的,並不是更小的單位不存在,而是低於普朗克尺度後,我們的物理定律就失效了,不止是在小於量子尺度時,人類的物理定律會失效,在黑洞的奇點附近,人類的物理定律同樣會失效。不論是相對論還是量子力學,都不能完美的描述已知宇宙,在黑洞和特別小的尺度下就會失效。

所以,量子力學就是人類現在描述微觀粒子的理論,只不過微觀粒子的運動規律和基本構成與宏觀世界中的規律有很大的差距,同時量子力學目前還不是百分百完善的理論,許多領域和無法解釋的事情都能和量子力學扯到一起,於是才有了“遇事不決,量子力學”,這樣的調侃。

其實量子力學並不神秘,只是因為我們的理論體系還不夠完善,量子力學中也存在一些違反常識的現象,種種原因給量子力學披上了一層神秘的面紗。其實,從根本上來說,量子力學不應該是一個不完善的理論,更應該是我們探索宇宙微觀世界和更深層次物理規律的大門。

人類的物理學誕生只有短短的幾百年,取得今天的成就其實已經很棒了,隨著基礎科學的發展,物理理論肯定會向前推進。比如說人類現在的理論會在黑洞奇點面前失效,可是人類並沒有真正探索過黑洞,我們甚至不能百分百確定黑洞就和我們的理論一樣,或許未來人類開始探索黑洞時,會發現黑洞完全和我們想象的不同也說不定。

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