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根据科学家的研究得出,地球是一颗有生命的星球,在地球上生活着各种各样的生物,人类是地球上最有智慧的生命,从人类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很快,在人类科技发展的道路上,出现了很多伟大的物理学家,比如说牛顿、伽利略、哥白尼、爱因斯坦、薛定谔等等,这些伟大的科学家给人类科技发展起到了重要的作用,如果没有这些伟大的科学家,那么人类科学可能要倒退几百年,一直以来,牛顿都被看作是人类历史上最伟大的科学家,牛顿的出现给人类打开了宇宙的大门,让人类知道了天体之间基本的运动规律。
牛顿以一己之力创立了经典力学,在19世纪的时候,科学家认为我们已经解开了世界上所有的问题,比如说在远低于光速的情况下,牛顿的经典力学能够解决所有的机械问题,电磁现象被总结为麦克斯韦方程,光现象能够被波动定律解释,热现象能够被热力学解释,在高于光速的情况下,相对论能够解释宇宙万物,就在人类以为我们已经解决所有问题的时候,科学家突然发现,这些定律只适用于宏观世界,一旦进入微观世界,这些定律就不适用了,所以在19世纪的时候,众多科学家普朗克、玻尔、海森堡、薛定谔、爱因斯坦等人一起创立了量子力学。
量子力学是描述微观物体的理论,和相对论一起被认为是现代物理学的两大支柱,量子力学的基本概念包括了量子态、测量、波粒二象性、不确定原理等等,在量子力学中,粒子不像经典物理学那样,能够按照轨迹运动,而是以波的形式描述,其行为具有不确定性和统计性质,同时量子力学也描述了粒子之间的相互作用,以及他们如何通过发射和吸收光子等方式传递信息,在量子力学当中,有一句非常著名的话:上帝不掷骰子,这句话实际上是爱因斯坦用来反驳物理学家玻尔冠以量子力学的解释,想要理解这句话还需要从牛顿开始说起,牛顿作为科学界的鼻祖,他认为光是一种粒子,当很长一段时间内,光是粒子的说法统治了科学界几百年的时间。
后来有一些科学家认为光是一种波,那么光到底是粒子还是波呢?为了研究光到底是波还是粒子,科学家们做了一个实验,这个实验被称为是双缝干涉实验,实验原理是让一束单色光通过两个相距很近的小孔,然后在远处观测光在屏幕上形成的图案,如果光是粒子,那么我们就应该能够看到两个亮点,对应于两个小孔,如果光是一种波,那么我们就应该能够看到一个明暗相间的条纹,经过第一次实验后,科学家在频幕上面发现了干涉条纹,第二次实验时,科学家在狭缝旁边安装了摄像头,科学家想要看光子到底是如何通过狭缝的,根据观测科学家发现,电子并没有同时经过两条狭缝,只从其中一个狭缝中穿过。
但是让科学家感到惊讶的是,屏幕上的干涉条纹居然消失了,而是变成了两条杠,如果科学家将探测器拿走,那么屏幕上的干涉条纹就会出现,这说明人类的观测影响了实验的最终结果,最终科学家定义光具有波粒二象性,经过这次实验之后,科学家发现,光到底是波还是粒子和观测者有关系,当双缝干涉实验在没有观测者的时候,粒子就处于叠加状态,这个叠加的状态通过双缝的时候,有一半会通过A缝隙,另一半会通过B缝隙,在没有观测者的时候,量子处于叠加状态,所以我们看到的就是粒子形态,当我们去观测它的时候,就能够看到它到底是从A缝隙还是从B缝隙穿过,由于粒子的路径被锁定了,所以干涉条纹也就消失了,这个时候它就变成了波。
这个现象让整个科学界都非常震惊,一直以来,科学家都认为,观测者并不会影响事物的最终结果,但是在量子力学中,观测者非常重要,这违反了经典物理学,在经典物理学中,事物的最终结果是能够提前计算出来的,比如说我们将一颗篮球抛向空中,无论我们去不去观测这颗篮球,它最终的结果都会落到地面上,但是在量子力学中,却打破了这个结论,简单来说就是,在量子力学当中,事物的最终结果一定和观测者有关系,在当时,所有科学家都不知道这是为什么?一个著名的哥本哈根学派的领军人物波尔认为,电子在通过双缝前,在双缝之前的所有位置,以概率云的形式来描述,因此在通过双缝时,会出现干涉条纹,其实就是概率分布。
如果我们用摄像头观测时,电子就会锁定某个位置,因此就会出现两个条纹,当时爱因斯坦听到这个解释后认为,这简直就是忽悠,按照这个说法,当电子要到达屏幕前,电子自己都不知道自己会落在哪里,只有到了要到达的那一刻,好像是掷骰子一样,选了一个地方落下,这种概率性的解释爱因斯坦无法接受,所以他反驳波尔说:上帝不会掷骰子,而波尔反击到:你不要指挥上帝改怎么做。两个人的争论经过了很多年都没有结果,直到20世纪海森堡提出不确定性原理,才解开了爱因斯坦和波尔的争论,不确定性原理表示,在任何给定的时间点,你都无法同时准确的测量粒子的动量和位置。
这种不确定性不取决于设备的好坏,也不是因为很难消除测量的误差,无论我们怎么做,都无法同时精确的测量这两个量,比如说动量和能量。假如我们去测量一个电子,你想测量它的位置就得用光子或者其他的粒子去撞击它,你想把电子的位置测得越准确,就需要使用波长越短的光,如果使用波长太长的光就会直接绕过去,而光的波长越短能量就越大,你用越高能量的光子去撞击电子,就会把电子撞飞,这样电子的动量就无法确定,于是你越想要测准电子的位置,就会对他的动力产生越大的干扰,进而让它动力更加不确定,所以我们无法同时准确的判断出电子的位置和动量。
这就像是警察抓小偷,如果警察提前知道小偷的位置,那么警察就不会知道小偷的逃跑路线,如果警察知道小偷的逃跑路线,那么警察就不知道小偷的具体位置,如果两者都知道了,也就不存在小偷了,因为早就被抓了,在量子力学当中,存在很多人们无法理解的现象,而这正是量子力学的神奇之处,相信很多人看到量子力学都觉得自己没有弄明白,曾经著名的科学家爱因斯坦说:如果量子力学是正确的,那么这个世界就有点疯狂,波尔曾经说:谁要不为量子力学理论感到惊讶,那是因为它还不了解这个理论,费曼先生说:我想我可以相当有把握的说,没人能够真正看到量子力学。
量子力学的神奇之处就在于它的不确定,我们经常说,凡事都有例外,这句话在量子力学中体现的淋漓尽致,在经典物理学当中,错的就是错的,对的就是对的,比如说任何抛向空中的物体最终都会落到地面上来,不可能飞到天上去,这是谁都无法反驳的,但是在量子力学当中,一切都有可能的,因为观测者能够改变最终的结果,其中比较著名的思想实验就是薛定谔的猫,其实薛定谔的猫一开始提出来的时候,是为了反对量子力学,因为薛定谔和爱因斯坦认为,事物最终只会出现一种结果,就像是关在箱子里面的猫一样,只会存在一种结果,死亡或活着,不可能同时出现死亡和活着两种情况。
但是随着人们对量子力学的深入研究,薛定谔的猫成为了量子力学的经典思想实验,其实验过程大概是这样的:将一只猫放在一个封闭的箱子中,然后把这个箱子里面放置一个装置,其中包括一个原子核和毒气设施,这个原子核有百分之50的几率衰变,当原子核衰变时,就会释放出一种毒气,这时候猫就会被毒死,如果原子核没有发生衰变,那么毒气就不会被释放出来,这时候猫就不会死亡,而我们想要知道猫到底有没有死亡,最直接的方式就是打开箱子,这样我们就能够清楚的看到猫到底有没有死亡,如果按照经典物理学来解释,那么猫只会出现一种结果。
但是在量子力学中,猫会出现两种结果,即死又活、非死非活的诡异状态,这是因为叠加态的存在,支持量子力学的科学家认为,在我们没有打开箱子之前,箱子里面其实存在两只猫,一只是死亡以后的猫,另一只是活着的猫,这两种猫处于叠加状态,当我们打开箱子后,其中一种叠加态就会消失,这时候只会剩下其中一种结果,所以我们只能够看到一种结果,这其实是因为观测者导致波函数坍塌,另一种结果就会消失,叠加态原理是量子力学当中的一个基本原理,它说明了波函数的性质,如果ψ1是体系的一个本征态,对应的本征值为A1,ψ2也是体系的一个本征态,对应的本征值为A2,根据薛定谔方程的线性关系,ψ=C1ψ1+C2ψ2也是体系一个可能的存在状态。
叠加态理论认为,在微观世界中,粒子能够同时位于多个地点的状态,更加诡异的是,直到有人观察它的时候,叠加态才会坍缩成一个确定的状态,后来科学家利用叠加态原理提出了平行宇宙的概念,在薛定谔的猫思想实验中,当没有人去打开箱子时,其实箱子里面存在两个不同的世界,一个是我们现实的世界,另一个是平行世界,在没有人观测它的时候,这两个世界就会同时存在,当我们打开箱子观测它的时候,其中一个平行世界就会消失,所以最终只会留下一个世界的结果,虽然到现在科学家还没有在宇宙中发现平行宇宙,但是科学家认为,平行宇宙一定存在我们的世界当中。
直到今天,科学家也无法解开量子力学当中的所有奥秘,量子力学让很多科学家感到害怕,不少科学家通过量子力学的实验得出,我们所在的世界可能是虚拟的,就像粒子一样,它能够感觉到有人在观测它,所以它会根据观测者的行为而做出改变,如果说我们的世界真的是虚拟的,那么我们人生的意义又是什么呢?或许我们每一个人从出生以后,我们的一生就已经被注定好了,只不过我们自己不知道而已,虽然现在科学家还在积极的研究量子力学的奥秘,但是以目前人类的科技,想要真正的了解量子力学还差的很远。
不过小编认为,即便我们的世界是虚拟的,但是我们还是能够真实的感受到这世间的一切,人类作为地球上最有智慧的生命,从诞生以后就开始不断的探索世界的奥秘,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很快,在浩瀚的宇宙中,还隐藏着很多我们不知道的秘密,人类对未知世界总是充满了好奇心,正是因为这种好奇心,所以人类才能够走得更远,小编希望人类能够早日解开宇宙的奥秘。希望人类文明能够长久的发展下去,对此,大家认为量子力学当中,还有哪些神奇的现象呢?
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