七律 量子论# b& P" F4 o; [2 B) W( H
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$ o- S/ t1 v8 X2 m* A上帝缘何抛骰子! B1 l" D' J" r" ~. }9 G
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说波说粒难为辨
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观位观能不可裁7 V8 v3 i3 v* p# f% ~6 d
& _. @- _9 {/ z. g0 I6 g1 {3 B两座星球蓬海远
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, H3 `! P" j1 r; e8 L# U/ {( U一双鬼魅纠缠胚1 t' I- A) t( N# }0 T
) w# Q. n" D* H# K5 X9 _, t胜方玻尔犹欣慰3 V* k; `; B: n/ `" o! o
4 v7 C3 [: X* u老爱令终思托腮
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注:8 u0 S" s1 a: |8 _& l8 a
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1,1900年新年聚会,物理学家济济一堂,庆祝经典物理学(主要是牛顿力学和麦克斯韦电磁学)的恢宏大厦建成。人们以为,世界完全可以由物理学解释,再也没有秘密了。尼采宣布“上帝死了”,也正是这年。开尔文却扫兴地说,天空中还有两朵乌云。其中之一,黑体辐射实验结果与麦克斯韦电磁理论大相径庭。同年,普朗克为克服这个矛盾,提出,电磁波给出的能量,不是连续的,而是一份一份的,他称之为“能量子”。同年,爱因斯坦利用这个理论,成功解释了光电效应,发明了“光量子”的概念。但是,当量子力学在此基础上建立后,老爱转变了立场,站在了玻尔的对立面。两人的辩论至死未做了结。著名的辩题是:老爱问:“难道上帝会掷骰子吗?”玻尔回答:“我们没有权利告诉上帝要不要掷骰子。”老爱至死也没有把量子鬼魅般的性质想清楚。
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* }' J( B) e8 K U1 r6 l; z; x; u2,电磁波是连续的,却具有波的特性。这就是量子力学第一个原理:波粒二象性。其实,托马斯·杨(Thomas Young,1773-1829)于1801年进行了一次光的干涉实验,即著名的杨氏双孔干涉实验,并首次肯定了光的波动性。只是人们当时并没有太在意这个伟大的双缝实验具有的革命性意义。后来,人们用电子束、甚至单个电子发射,通过双缝,仍然得到了波的干涉条纹。证实了电子也具有波粒二象性。值得注意的是,量子的这种特性,并不取决于测量,而是它的本质属性。关于它的本质究竟是波还是粒子,迄今还在讨论中,没有定论。9 g+ W- j% Z$ S8 B! ]) g
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3,量子不是“子”,是一份一份的能量的最小单位。把能量做这样的处理,叫“量子化”,后来把能够作量子化处理的微观粒子,也叫量子。
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% I$ d) \. f* Q) V4,1927年,海森堡提出了量子力学的第二个原理:不确定性原理,又称测不准原理。即,量子的两个主要参数,它的动量(能量)和它的位置,不能同时测量准确,其中一个参量的误差越小,另一个参量的误差越大。爱因斯坦的相对论是建立在“定域性”基础上的,因此,尽管它是量子论的奠基者之一,他不能接受量子的不确定性。' A$ V" `/ z r6 L/ x, f
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5,1935年,老爱还在与量子论创立者们辩论。他和另外两个物理学家波多尔斯基、罗森塔尔发表了论文(后以三人名字命名EPR论文),这是一个试图证明量子论不完备的“思想实验”。薛定谔在回应EPR论文时,首次提出了“量子纠缠”理念。这就是量子论的第三个原理。也是最神秘、最难解释的量子现象:当两个粒子在一起相互作用之后,或者一个粒子“分裂”成一对光子之后,即使是把它们分开,只能描述它们作为整体系统的性质,也就是说,它们已经相互关联。无论它们分开后相距多远,关联性都会顷刻间发生。这种超距作用,类似于心灵感应。这似乎突破了人的理解能力的极限。这给予人类的启示是,对于微观世界,我们的认识还非常有限,尽管我们已经发现了多种基本粒子。因此,有人认为,我们所处的宇宙是更高维空间的降维投影。量子论的应用越来越广泛,而它的本质或机理,还几乎一无所知。这也是有人为此担心的原因。
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6,老爱的定域性观或决定论,不断遭到不确定性的否定。看来,玻尔才是操胜券的一方——确定性正在消失。% k5 B; i2 ]% c4 b0 c% \, ^8 U
- E/ K: K% X' i& i7,令终,谓守其善名而终。意思是,爱因斯坦至死坚持自己定域论思想,没有想通,不会轻易苟同他人。$ ]( p8 z& ]2 ~3 X! n( Z
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* g# {7 D' n$ V/ G黄大荣 2020.7.5 |