量子力学的多世界解释

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量子力学诠释与波普尔哲学的“三个世界”

量子力学诠释与波普尔哲学的“三个世界”

量子力学诠释与波普尔哲学的“三个世界”本文节选自《中国科学院院刊》2021年第3期专题:哲学与科学孙昌璞1 中国工程物理研究院研究生院2 北京计算科学研究中心1哥本哈根诠释对“哲学基本问题”的挑战在现代哲学的历史发展中,不少人把“有无独立于意识之外的客观世界”当作哲学的基本问题。

虽然不同学派和不同时代的学者对此并无共识,但哲学家和科学家都对这种形而上学的追问保留了持久不衰的兴趣。

1886 年,恩格斯在《费尔巴哈与德国古典哲学的终结》中首先指出,哲学基本问题是“思维和存在的关系”,“物质是第一性的”还是“认识是第一性的”。

马克思和恩格斯的辩证唯物主义哲学坚持“物质是第一性的,认识是第二性,认识是生命客体对客观物质世界的反映”。

这意味着,辩证唯物主义的基础是承认存在一个独立于认识之外的客观世界。

其实,以爱因斯坦为代表的大部分主流科学群体也认为,“相信有一个独立于感知主体的外在世界是所有自然科学的基础”。

在自然科学研究者看来,存在一个客观世界是一件自然而然的事,这与古典哲学的唯物论是相当契合的。

然而,量子力学建立后,以玻尔为代表的哥本哈根学派提出了一种如今被称为“哥本哈根诠释”的量子力学诠释,这对物质意识关系提出了新的哲学挑战。

他们认为,经典的认识主体通过经典测量仪器观察微观世界,不可避免地引起量子力学的“波包塌缩”。

由此导出,人类(观察者)的认识创造了微观世界,粒子属性并非客观存在。

因此,电子之所以成为粒子是主观测量的结果,认识和物质世界是不可分的。

有鉴于此,有人甚至宣称“月亮在被观测前实际上是不存在的”。

玻尔等提出的量子力学哥本哈根诠释的核心思想是二元论的:量子力学描述微观世界必须辅以外部的不服从量子力学的经典世界,引发波包塌缩。

然而,爱因斯坦、薛定谔等并不认同哥本哈根学派的观点,坚持对整个世界的一元论描述。

近 20—30 年,温伯格、格里菲斯和盖尔曼等也坚持“微观系统及其包括仪器和观察者的整个外部,都必须服从量子力学的幺正演化,无须引入不服从量子力学的经典仪器,最后让主观意识导致波包塌缩”。

量子力学和微观物理学

量子力学和微观物理学
作用范围:强相互作用力主要作用于原子核内部的粒子之间,弱相互作用力则作用于原子核 外部的粒子之间
传递方式:强相互作用力通过介子传递,弱相互作用力通过轻子传递
特点:强相互作用力和弱相互作用力都是短程力,随着距离的增加迅速减小
量子力学在微观物 理学中的应用
量子力学解释了原子结构和光谱的 原理
量子力学中的波函数描述了原子中 电子的状态
量子计算机和量子 通信等前沿技术将 受益于量子力学和 微观物理学的理论 支持,为未来信息 科技的发展提供新 的方向。
微观物理学的发展 将促进医学领域的 进步,例如在药物 研发、医学影像技 术等方面,为人类 健康事业提供更多 可能性。
量子力学和微观物 理学的哲学思考将 启发人们对自然界 的认知,引导人们 思考科技发展与伦 理道德的关系,为 未来的科技发展提 供哲学基础。
量子计算机:利用量子力学原理进行信息处理的新型计算机,具有超强的计算能力和处理速度。
量子通信:利用量子力学原理实现信息传输和加密的安全通信方式,具有高度保密性和安全性。
实验验证:通过实验验证了量子力学原理的正确性和可靠性,为量子计算机和量子通信的发展 提供了有力支持。
技术应用:量子计算机和量子通信在密码学、大数据处理、人工智能等领域具有广泛的应用前 景,为人类科技发展带来了新的机遇和挑战。
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实验证明:双缝干涉实验和单 光子干涉实验均证明了微观粒
子的波粒二象性。
应用:波粒二象性是量子力学 中最重要的概念之一,是理解
许多量子现象的基础。
定义:在量子力学 中,无法同时精确 测量微观粒子的位 置和动量
原因:微观粒子具 有波粒二象性,其 位置和动量相互干 扰
意义:揭示了微观 世界的本质特性, 是量子力学的基本 原理之一

什么是量子力学它对科学研究有什么贡献

什么是量子力学它对科学研究有什么贡献

什么是量子力学它对科学研究有什么贡献量子力学是一门研究微观世界的物理学分支,它通过量子理论描述了微观粒子的行为和性质。

量子力学的发展对科学研究做出了巨大的贡献,为我们深入理解自然界以及开展相关应用提供了重要的理论基础。

量子力学最早的奠基者是德国物理学家玻尔,他提出了基本的量子假设。

在玻尔的量子理论基础上,薛定谔发展了波动力学,提出了著名的薛定谔方程,成功地解释了微观粒子的波动性质。

此后,量子力学逐渐发展成为一门完整的学科,涉及到波粒二象性、不确定性原理、量子叠加态等深奥概念。

量子力学对科学研究的贡献主要体现在以下几个方面:1. 宏观世界的解释:量子力学不仅适用于微观粒子,也适用于宏观世界。

通过量子力学,我们可以解释许多宏观现象,如超导现象、量子纠缠等。

这些现象的理解和利用对于材料科学、电子技术等领域的发展至关重要。

2. 原子结构的揭示:量子力学为原子结构的揭示做出了重要贡献。

薛定谔方程成功地预测了氢原子的能级结构和谱线,为原子物理的发展奠定了基础。

此外,量子力学还解释了原子间化学键的形成机制,为化学研究提供了重要的理论支持。

3. 新的性质和现象的发现:量子力学揭示了许多新的物理性质和现象。

例如,量子隧穿效应解释了粒子在势垒下的穿透现象,为核能的应用提供了理论依据;量子力学原理还解释了超流性、超导性等奇特现象,这些现象的研究推动了凝聚态物理学和低温技术的发展。

4. 量子计算和量子通信:量子力学的应用不仅限于物理学领域,还涉及到计算机科学和通信领域。

量子计算利用量子叠加态和量子纠缠的特性,能够实现在传统计算机上无法完成的高效计算。

量子通信则利用量子纠缠实现了安全的通信方式,为信息安全提供新的解决方案。

总之,量子力学作为一门基础科学,对于科学研究的发展具有重要的影响。

它的理论框架和实验验证为我们揭示了微观世界的奥秘,并为相关应用提供了理论指导。

随着量子技术的不断发展和应用拓展,相信量子力学将继续为科学研究和技术创新做出更多的贡献。

量子力学的解释及其意义

量子力学的解释及其意义

量子力学的解释及其意义量子力学是物理学中一门重要的学科,它描述了微观世界中微粒的行为和相互作用。

在过去的一个世纪里,量子力学已经为我们提供了对现实世界的深入认识,并对科学与技术的发展产生了巨大的影响。

本文将介绍量子力学的基本概念、解释以及它在科学研究和技术应用方面的重要意义。

量子力学的基本概念可以追溯到20世纪初,由一些科学家(如普朗克、爱因斯坦、玻尔等)提出和完善。

它通过数学模型描述了微观粒子的行为,如电子、光子和原子。

与经典力学不同的是,量子力学引入了一些新的概念,如波粒二象性、不确定性原理和量子叠加态等。

首先,波粒二象性是量子力学的一个关键概念。

它指出微观粒子既可以表现为波动也可以表现为粒子。

这意味着微观粒子具有波动性质,可能会出现干涉、衍射等类似波动的现象。

例如,实验证明电子通过双缝时会产生干涉条纹,这表明了电子具有波动性质。

而在其他实验中,电子又可以被看作是粒子,例如在能级跃迁或电子束穿越金属时。

其次,不确定性原理是量子力学的另一个重要概念。

由于微观粒子的测量会对其状态产生干扰,我们无法同时准确测量一个粒子的位置和动量。

即使我们在测量位置时得到了较高的精度,对动量的测量精度就会下降,反之亦然。

这是因为微观粒子的位置和动量是相互关联的,不允许同时精确测量。

另一个重要的概念是量子叠加态。

当微观粒子不受外界干扰时,它们可以同时处于多个状态的叠加态。

这意味着一个微观粒子可以同时处于不同位置、不同能级或不同自旋状态。

只有在进行测量或与其他粒子相互作用时,它才会塌缩到其中一个确定的状态。

这种量子叠加态的概念在量子计算和量子通信等领域具有重要应用。

量子力学的解释可以用不同的理论来描述,最主流的是波函数解释和量子力学统计解释。

波函数解释将微观粒子的行为描述为波函数的演化和塌缩过程。

波函数是描述微观粒子状态的数学函数,它包含了粒子的位置、动量和其他性质的概率分布。

波函数的演化由量子力学的薛定谔方程描述,而塌缩则由测量过程决定。

经验与理性在量子诠释中的嬗变关于量子力学多世界解释的哲学审视的进一步阐释

经验与理性在量子诠释中的嬗变关于量子力学多世界解释的哲学审视的进一步阐释

第29卷,第1期科学技术哲学研究Vol.29No.1 2012年2月Studies in Philosophy of Science and Technology Feb.,2012经验与理性:在量子诠释中的嬗变———关于《量子力学多世界解释的哲学审视》的进一步阐释贺天平,卫江(山西大学科学技术哲学研究中心,太原030006)摘要:量子力学是20世纪非常重要且成功的物理学理论,导致了经验的支配地位的衰弱,量子力学诠释的演化凸显了理性的作用和价值。

通过对量子测量诠释中经验和理性嬗变的分析,为二者最终完美融合找到了一个对话平台,多世界解释将成为量子力学哲学研究的热点。

关键词:多世界解释;经验;理性中图分类号:N02文献标识码:A文章编号:1674-7062(2012)01-0021-06量子力学是20世纪非常重要且成功的物理学理论,引发了物理学的伟大革命,颠覆了300多年来经典物理学的统治地位,动摇了传统物理学家的世界观。

然而,伴随量子力学始末的测量难题一直是物理学家和科学哲学家挥之不去的“梦魇”和“灾难”。

为了排除测量难题所带来的困惑,物理学家一直在努力寻求着合理的方案。

根据埃里则的研究表明,截止2005年有影响的量子力学诠释至少有13种之多[1],但却没有一种诠释有足够的影响力和说服力能够成为量子力学测量难题的终极答案,因而对量子力学各种诠释进行梳理,挖掘出其本体论、认识论和方法论层面经验和理性的发展脉络,便显得十分重要。

经验与理性始终是科学发展中的一对孪生概念,二者在科学哲学中也经历了长期的角逐。

作为《中国社会科学》2012年第1期的拙文《量子力学多世界解释的哲学审视》的进一步阐释,本文认为测量难题的发展实质上也是经验与理性反复检验的过程。

一经验在量子力学中地位的衰弱经验在科学哲学中发挥着至关重要的作用。

尤其是在正统科学哲学学派逻辑经验主义那里,经验是检验真理的唯一标准,是判断认知有无意义的唯一手段;批判理性主义同样重视经验的作用,只有可以被经验证伪的理论才是科学的理论。

量子力学的多世界理论解释

量子力学的多世界理论解释

量子力学的多世界理论解释量子力学是一门研究微观粒子行为的物理学分支,它描述了微观领域中最基本的物质结构和相互作用规律。

尽管量子力学的理论基础已经建立了数十年,但它仍然充满了神秘和解释困难。

其中,多世界理论是一种解释量子力学中测量结果的有趣而备受争议的方法。

多世界理论,又称多重宇宙理论,是由物理学家休·爱弗特于20世纪50年代提出的一种量子力学解释。

这一理论主张,当我们进行一个量子实验并观测到一个结果时,宇宙会在此刻分裂成多个并行的宇宙,每个宇宙代表一个可能的测量结果。

在每个分裂的宇宙中,不同的结果都同时发生,只是我们的观测使得我们只能意识到其中一个宇宙的存在。

多世界理论的关键概念是量子态超导(superposition)和量子纠缠(entanglement)。

在量子力学中,微观粒子可以处于多个状态的叠加态,而不仅仅是确定的某一个状态。

例如,在一个双缝干涉实验中,粒子可以通过两个缝隙同时穿过,形成干涉图案。

在经典世界观念下,我们认为粒子只会通过其中一个缝隙,但在量子力学中,两种可能性同时存在。

多世界理论认为,在量子态超导的情况下,每个可能的状态都对应着宇宙的分裂和存在。

量子纠缠是多世界理论的另一个核心概念。

当两个或多个粒子之间存在一种特殊的相互作用时,它们将处于纠缠态,并不能被分开描述。

纠缠是一种非常奇特的现象,其中一个粒子的状态改变将立即影响到另一个粒子的状态,即使它们之间相隔很远。

多世界理论认为,当我们观察到粒子的状态改变时,宇宙将分裂成多个宇宙,每个宇宙对应于不同的结果。

多世界理论的一个重要观点是,所有可能性都同时存在,并且宇宙在每个分裂的宇宙中都会按照不同的结果演进。

因此,每个结果都并不是概率性的出现,而是绝对地发生在不同的宇宙中。

这种观点解决了量子力学中的一些矛盾和难题,如著名的薛定谔的猫思想实验。

在这个实验中,猫被置于一个既有毒气体释放机制又没有释放气体的铅板下,根据量子力学的推断,猫处于一个既死又活的叠加态。

量子力学对物质世界的解析

量子力学对物质世界的解析

量子力学对物质世界的解析量子力学,作为一个基本的物理学理论,已经对人们对于物质世界的理解和认知产生了深刻的影响。

它揭示了微观世界的奇妙和非直观的规律,推动了科学的进步和技术的发展。

在本文中,我们将探讨量子力学对物质世界的解析。

首先,量子力学提供了一种全新的描述物质的方式。

传统的牛顿力学所建立的经典物理学体系,无法解释微观世界中的一些现象,例如光的粒子性和波动性的存在。

而量子力学通过引入波粒二象性的概念,使得我们可以同时从粒子和波的角度去理解物质。

这种新的描述方式提供了更准确和完整的物质世界的描述手段。

其次,量子力学揭示了微观世界的不确定性原理。

根据不确定性原理,我们无法确定一个粒子的位置和动量同时的准确值,只能在一定的范围内给出可能的取值。

这种不确定性与我们平时所感知和经验到的宏观世界截然不同,但却是微观世界的基本规律。

不确定性原理的提出,挑战了我们对于物质世界的直觉认识,同时也启发了我们对于自然界规律的思考。

此外,量子力学还揭示了量子纠缠和量子隐形传态等奇妙现象。

量子纠缠是指当两个或两个以上的量子系统之间发生相互作用后,它们的状态将紧密相连,无论距离有多远,它们之间的关系仍然保持。

这种纠缠关系违背了经典物理学中的局域性假设,为我们探索量子通信和量子计算等领域带来了新的可能性。

同样,量子隐形传态也是一个引人入胜的现象,它描述了当两个粒子通过纠缠关系相连后,一个粒子的状态发生改变会立刻影响另一个粒子的状态,似乎实现了超距联系。

这些奇妙的现象挑战了我们对于物质世界的认知,也为科学研究提供了新的方向。

除了以上几点,量子力学还为材料科学和纳米技术的发展提供了重要的理论支持。

量子力学的建立和发展为我们研究微观尺度上的材料行为提供了基础,从而进一步推动了材料科学的发展。

例如,量子力学的波函数描述提供了对电子在晶体中行为的理解,为材料的设计和开发提供了重要的工具和思路。

此外,量子现象在纳米技术中的应用也日益受到关注。

多维世界揭开平行宇宙的奥秘

多维世界揭开平行宇宙的奥秘

多维世界揭开平行宇宙的奥秘宇宙是我们所生活的世界,但是它可能不只存在于我们所熟悉的三维空间中。

科学家们一直在探索宇宙的奥秘,其中之一就是关于多维世界和平行宇宙的存在。

本文将探讨多维世界和平行宇宙的概念以及相关的科学研究。

一、多维世界的概念多维世界是指除了我们熟知的三维空间外,还存在其他维度的世界。

这些维度可能是十分微小甚至无法感知的,但它们对于宇宙的结构和运行起着重要的作用。

在物理学中,我们常提到的四维时空就是一个例子。

四维时空将空间和时间合并在一起,构成了我们所处的世界。

许多理论也提出了更高维度的存在,比如超弦理论中的十一维空间。

二、平行宇宙的概念平行宇宙是指与我们的宇宙相互独立存在的其他宇宙。

它们可能有不同的物理定律、粒子组成和演化历史,与我们的宇宙有着完全不同的结构和状态。

平行宇宙的概念源于量子力学中的多重宇宙理论。

量子力学认为,粒子的状态存在多个可能值,直到被观测才会确定。

因此,每个可能的结果都对应着一个不同的宇宙,而我们所处的宇宙只是其中之一。

三、科学研究科学家们一直在努力验证多维世界和平行宇宙的存在。

虽然目前还没有直接证据,但有一些研究和理论支持了这一观点。

超弦理论是研究多维世界的一种重要理论。

它认为物质的最基本单位不是点,而是小小的弦。

这些弦在更高维度的空间中振动,产生了我们所观测到的所有粒子。

超弦理论的成功将支持多维世界的存在。

此外,宇宙背景辐射的观测也提供了一些支持多维世界和平行宇宙的证据。

宇宙背景辐射是宇宙大爆炸后遗留下来的辐射,通过观测它的特征可以了解宇宙的起源和演化。

一些理论认为,我们所观测到的宇宙背景辐射只是一个“泡沫”,而平行宇宙则存在于其他的泡沫中。

四、多维世界和平行宇宙的影响如果多维世界和平行宇宙真的存在,将对我们的理解和思考产生深远的影响。

首先,它将挑战我们对于现实的理解。

我们习惯于三维空间和时间的观念,但多维世界可能存在无法想象的结构和规律。

了解和探索多维世界有助于我们更全面地认识宇宙的本质。

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量子力学的多世界解释中文摘要量子力学自从诞生以来关于其完备性的争论便一直存在,论文通过对量子力学的发现和其基本内容以及其发展过程、发展现状的描述引出量子力学的完备性争论。

继而通过以爱因斯坦为代表的EPR一派和以玻尔为代表的哥本哈根一派的争论,直至50年代初期出现的以玻姆为代表的关于“隐变量”的描述来了解各种关于量子力学完备性解释的理论。

在EPR一派和哥本哈根一派的解释之外,1957年休·艾弗雷特(Hugh Everett)提出了量子力学的多世界解释,多世界解释的出现为量子力学解释的完备性做出了巨大的贡献,论文通过多世界解释的出现、低潮、再次发展以及发展壮大的近半世纪的历史过程来详细阐述多世界解释的核心理论、多世界解释的意义、科学界对多世界解释的看法以及多世界解释所存在的缺陷,通过多世界解释来进一步加深对量子力学解释完备性的理解与认识。

关键词:量子力学的完备性,哥本哈根解释,EPR佯谬,多世界解释第一章引言1.1课题的背景和意义量子力学从产生到现在大约经历了百年的时间,在这百年之中,它的发展促使了人类社会和人类科学的进步。

目前量子力学相继应用于基本粒子、原子核、原子和分子、固体和液体等各种物理系统,都取得了巨大的成功。

最引人注目的就是量子计算机的产生和发展,它将彻底改变人们的有关计算的理解。

关于量子信息的前沿研究工作表明,量子力学的基本概念有可能改变人们对信息存储、提取和传输过程的理解。

量子力学不仅是近代物理学的基础理论之一,而且在化学等有关学科和许多近代技术中也得到了广泛的应用。

可以毫不夸张的说,20世纪的科学是量子力学的科学。

相对于在社会发展中所取得的巨大成就,量子力学在其自身理论的完善上总是无法取得多数科学家的一致认同。

在量子力学发展过程中,以玻尔等为代表的哥本哈根解释有着举足轻重的作用,近年来的系列实验也进一步证明哥本哈根解释确实有一定的正确性,但是许多令人疑惑的问题依然存在。

而量子力学的完备性也一直备受一部分科学家所诟病,于是在哥本哈根解释之外,一系列其他的理论出现在人们面前。

本课题便着重研究量子力学的一个重要解释——多世界解释。

我们相信,目前量子力学的基本理论既不是最终理论,也不会停留在现有的水平上,它一定会继续深入发展下去,至于如何发展,这类问题应在辨证唯物主义指导下,通过实践得以解决。

这些问题得到了解决,我们社会将会发生更大的变化,我们的生活、工作和学习也会是另一种模式。

1.2目前量子力学的主要派别量子力学建立初期居于统治地位的是以玻尔、海森伯和波恩为代表的哥本哈根解释,也就主要是他们的理论构成了哥本哈根解释的大厦,其中是玻尔的“互补理论”、海森伯的“测不准原理”和波恩的几率波解释。

目前国内大多数的量子力学教材都是在哥本哈根解释的基础上来讲述的。

后面我们还将详细的讲哥本哈根的解释。

到现在,因为哥本哈根解释的不完备性,在量子力学领域又出现了许多新的学派,例如:1952年,玻姆提出了隐变量理论,他的理论给波函数增加了额外的隐变量,从而可以赋予系统的性质以确定的值。

玻姆认为,在量子世界中粒子仍然是沿着一条精确的连续轨迹运动的,只是这条轨迹不仅由通常的力来决定,而且还受到一种更微妙的量子势的影响。

量子势由波函数产生,它通过提供关于整个环境的能动信息来引导粒子运动,正是它的存在导致了微观粒子不同于宏观物体的奇异的运动表现。

在其理论中,粒子与波函数同时存在,其中波函数被看作是一种存在于数学空间中的物理场,满足连续的薛定谔方程,并且不坍缩,而粒子则由波函数引导进行运动,同时具有确定的位置和速度。

1957年,普林斯顿大学的研究生艾弗雷特三世(Hugh Everett Ⅲ)提出了多世界解释,他认为正统解释中的波函数坍缩是不必要的概念,并重新给出了量子力学的相对表述,他还认为,由于在复合系统的叠加态中,每一个成员态包含一个确定的观察者态、一个具有确定读数的测量仪器态,以及一个确定的被测系统态,因此作为叠加态中的每一个成员态描述一个感知到一个确定结果的观察者,对于这个观察者被测系统的状态似乎已经被转换成对应的坍缩态。

于是,对于每一个由叠加态中的一个成员态所描述的观察者来说,波函数坍缩似乎已经在一个主观水平上发生,而他只感知到一个结果[1]。

其它的关于量子力学的解释还有一致历史、修正的量子动力学等解释。

1997年8月,在美国马里兰大学举行的量子力学讨论会上,物理学家们对他们认可的量子力学解释进行了投票,结果如下:表1-1.量子力学97年投票情况续表1-1.量子力学97年投票情况1999年7月,在剑桥的牛顿研究所举行了一次关于量子计算的会议,其间人们对量子力学解释再一次进行投票表决,结果如下:表1-2.量子力学99年投票情况很多物理学家认为多世界解释是目前最好的解释,在弦理论家、量子引力和量子宇宙学中最受欢迎,相信它的著名物理学家有霍金、费曼、盖尔曼和温伯格等。

每一种解释都有它合理的地方,但限于目前的科研条件、研究状况,还不能说明哪种是正确的,而哪一种是错误的。

当前美国著名物理学家玻姆等人所主张的量子力学的隐参量解释,也是一个相当活跃的研究领域,许多科学家一直在通过实验来检验隐参量理论的正确性,也许将来有一天,在实验上得到突破,证明隐参量确实存在,可想而知,这将对量子力学又是一场革命。

量子力学是一门新兴的学科,它的发展只不过经历了大约百年的时间,它已经有了一定的理论体系,但是,还有许多问题还没有得到很好的解决,还存在着很多争论。

从目前量子力学多种解释的并存现状也可以看出量子理论还有待进一步发展、完善。

我们总观科学的发展史可见,无论是社会科学还是自然科学,当它遇到难以解决的困难时,往往会把问题上升到哲学的高度来考虑,就像我们这篇论文讨论的有关量子力学争论中的哲学问题一样。

从哲学的角度考虑这些难以解决的问题,会使社会科学、自然科学和哲学相互推动,共同发展。

第二章早期关于量子力学解释的争论2.1 量子力学的发现与发展19世纪末20世纪初,以牛顿定律为基础的经典力学已经取得了重大的成就,当时人们普遍认为经典力学已经相当完备,而物理学所需要的也仅是在经典力学基础上的一些小的修补,但是经典力学却在实验方面遇到了一些严重的困难,这些困难被看作是“晴朗天空的几朵乌云[2]”,然而谁也没想到正是这几朵乌云却引发了物理界的变革,继而诞生了量子力学。

1900~1926年是量子力学的酝酿时期,此时的量子力学是半经典半量子的学说,称为旧量子论。

量子力学就是在旧量子论的基础上发展起来的。

旧量子论包括普朗克的量子假说、爱因斯坦的光量子理论和玻尔的原子理论。

旧量子论开始于德国物理学家普朗克对黑体辐射的研究。

黑体辐射是1900年经典物理所无法解决的几个难题之一。

旧理论导出的黑体辐射谱会产生发散困难,与实验不符。

普朗克于是提出“能量子”概念,认为黑体由大量振子组成,每个振子的能量是振子频率的整数倍,这样导出的黑体辐射谱与实验完全符合。

“能量子”是新的概念,它表明微观系统的能量有可能是间隔的、跳跃式的,这与经典物理完全不同,普朗克因此就这样吹响了新的物理征程的号角,这成为近代物理的开端之一[3]。

1905年,爱因斯坦利用能量子的概念成功地解释了光电效应。

1912年,玻尔根据普朗克的量子论、爱因斯坦的光子学说以及卢瑟福的原子行星式结构模型,成功地导出了氢原子光谱线位置所满足的公式,从这以后掀起了研究量子论的热潮。

1924年,法国人德布罗意根据光的波粒二象性理论、相对论及玻尔理论,推断认为一般实物粒子也应具有波动性,提出了物质波的概念。

德布罗意波由爱因斯坦通过实验得到验证,1926年奥地利学者薛定谔建立了量子力学的波动方程。

与此同时,受玻尔对应原理和并协原理影响的德国青年海森堡提出了与薛定谔波动力学等价但形式不同的矩阵力学,也能成功地解释原子光谱问题。

矩阵力学和波动力学统称量子力学,量子力学就这样正式诞生。

()()()()22²x y z 8m /h E U ψπψ+-⎡⎤⎣⎦▽,,x ,y ,z x ,y ,z =0 (2.1)x p h /4t E h /4ππ≥≥△△△△ (2.2) 其中△x 为位置的不确定性,△p 为动量的不确定性,△t 为时间的不确定性,△E 为能量的不确定性,h 为普朗克常数。

量子力学与经典力学对物质的描述有根本区别。

量子力学认为“粒子轨道”概念是没有意义的,因为我们不可能同时确定一个粒子的动量和位置,我们能知道的就是粒子在空间出现的几率。

量子力学用波函数和算符化的力学量取代过去的轨道和速度等概念,将不可对易代数引进了物理。

19世纪20年代后期狄拉克建立了狄拉克方程,狄拉克方程成为量子力学最有名的方程之一。

狄拉克方程式的形式如下:(,) 1()(,)x t ih m x t t iϕαβϕ∂=•∇+∂ (2.3) 其中m 是自旋-½粒子的质量,x 与t 分别是空间和时间的座标。

狄拉克还将电磁场量子化,从理论上证实了1905年爱因斯坦的光子学说的最重要观点——光是由光子组成的。

作为一个体系,量子力学的建立大致在20世纪20年代末完成,此后量子力学就被应用到实际问题中去了。

量子力学在低速、微观的现象范围内具有普遍适用的意义。

它是现代物理学基础之一,在现代科学技术中的表面物理、半导体物理、凝聚态物理、粒子物理、低温超导物理、量子化学以及分子生物学等学科的发展中,都有重要的理论意义。

量子力学的产生和发展标志着人类认识自然实现了从宏观世界向微观世界的重大飞跃。

2.2巨人的对话2.2.1 EPR 佯谬不同于19世纪以前的经典物理和后来的相对论对自身理论的完美阐述,量子力学在自身的完备性上总是存在种种缺陷,这使得相当一部分的科学家对量子力学提出了质疑,同时他们认为量子力学在哲学解释上也不尽如人意。

于是,针对这些量子力学中存在的疑惑,物理界展开了史无前例的大论战。

1928年玻尔首次提出了互补性观点,试图回答当时关于物理学研究和一些哲学问题。

其基本思想是,任何事物都有许多不同的侧面,对于同一研究对象,一方面承认了它的一些侧面就不得不放弃其另一些侧面,在这种意义上它们是“互斥”的;另一方面,那些另一些侧面却又不可完全废除的,因为在适当的条件下,人们还必须用到它们,在这种意义上说二者又是“互补”的。

由互补性观点所衍生来的互补哲学和海森堡所创立的“测不准原理”成为哥本哈根解释的两大支柱理论。

尽管玻尔对他的思想所作的细致的阐述,取得了各种进展,也受到了许许多多有影响的学者们的拥护但是仍然有不少物理学家对量子理论的哥本哈根解释持反对态度。

在哥本哈根解释的反对者行列中,为首的是爱因斯坦。

不同于德布罗意和薛定谔这些物理学家试图发展一种更为吸引人的看法,以代替哥本哈根解释的行为,爱因斯坦干脆摒弃了量子理论的基本哲学思想,根本不想提出和建立任何确切反对哥本哈根解释的理论体系。

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