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究竟什么是量子如何理解量子
关于量子的问题一个回答不能说的很全面,我在这里简单的回顾一下量子的提出。
十九世纪的最后一天,欧洲的物理学家齐聚一堂,迎接新世纪的来临。著名的科学家开尔文爵士惊叹于物理学的伟大成就,自豪的说:“物理学的大厦已经建成,后世的物理学家只要做一些修修补补的工作就可以了。”
开尔文这么说,是因为在那个时代,经典力学通过牛顿、拉格朗日、拉普拉斯等人的贡献已经清楚的解释了物体之间的相互作用和天体运行规律,麦克斯韦电磁方程组将电与磁完美的统一起来,热力学统计物理可以解释分子的运动规律,仿佛物理学已经完全成熟了,没有什么重大的理论问题需要解决。以后的物理学家只需要将物理常数的精度提高几位就可以了。
但是,开尔文同时也说:“在物理学晴朗的天空中,还飘着两朵令人不安的乌云。”他所说的这两朵乌云其一是指黑体辐射问题中实验结果与理论不符合,另一朵是指寻找光的参考系-以太的麦克尔孙莫雷实验的失败。
恰恰是这两朵乌云,发展成为二十世纪物理学最伟大的两个发现:量子力学和相对论的诞生。人类认识到自己探索自然的道路还很漫长。
我们首先介绍一下黑体。物理研究发现:一切物体都在吸收、反射和辐射电磁波。如果一个物体只吸收和辐射电磁波,不反射电磁波,这个物体就称为黑体。比如太阳就可以看作一个黑体,因为太阳的辐射特别强,辐射的电磁波强度远远大于反射的电磁波。
人们经过研究发现,黑体辐射的情况与物体的温度有关。
图中纵坐标是单位波长单位面积辐射功率,横坐标是波长。我们通过这个图可以发现两个结论:
第一:物体温度越高,辐射强度越大。根据斯特番-波尔兹曼定律,黑体单位面积辐射能量与温度的四次方成正比。人们根据这个规律及算了太阳表面温度。
第二,物体温度越高,辐射强度最大处的波长越短,满足维恩位移定律。比如炽热的铁块会发光,而且温度不同时,颜色也不同。
但是,这两个定律都是实验规律,如何从理论上解释呢?
卡文迪许实验室主任瑞利从经典电动力学出发,推导出一个黑体辐射公式,即瑞利-金斯公式。
不过,这个公式并不能符合实验结果。只有在波长比较大的时候,公式才与实验结果符合,在波长较小时,公式与实验结果偏差很大。
最可怕的是:当波长趋近于零时,瑞利公式的结果发散,辐射强度无穷大,这显然是很荒谬的。人们无法调和理论和实验结果,并把这个问题称为“紫外灾难”(这是因为紫外是比可见光波长更短的光,表示波长短时实验结果与理论值不符)。
为了解释这个问题,许多物理学家提出了自己的见解。最成功的是德国科学家普朗克。以下是普朗克学习物理过程中相貌变化图。
普朗克在1900年提出:为了解释黑体辐射现象,必须做出一定的假设,这些假设可能与人们熟悉的物理学规律不同。
振动的带电粒子能量是一份一份的,每一份的能量都与振动频率有关,称为一个能量子,或简称为量子。
按照这个假设,普朗克推导出了黑体辐射的普朗克公式。
这个公式与实验结果符合的非常好。十八年后,普朗克获得诺贝尔奖。
能量子的概念提出后,许多物理学家借用这个概念得出了丰硕的成果。例如爱因斯坦,1905年爱因斯坦借用普朗克的观点解释了光电效应实验。爱因斯坦说:光的能量也是一份份的,每一份称为一个光量子,或简称光子,光子的能量与频率的关系也满足普朗克公式。从此人们认识到光是具有波粒二象性的,爱因斯坦也因此获得诺贝尔奖。
再往后,德布罗意指出所有的物质都具有波粒二像性,波恩提出概率波的观点,薛定谔提出波函数满足的方程薛定谔方程,波尔利用量子观点解释了原子的能级结构,量子力学蓬勃发展起来。
现在人们认识到:量子力学是统治微观领域的物理规律,它与宏观世界满足的规律不同。
如何理解“薛定谔的猫”
薛定谔的猫是科学史上最著名的思想实验,围绕它的争论直到现在也没有结束。这是一个把量子力学应用到宏观世界时出现的神奇悖论。
叠加态我们知道:量子的世界非常神奇,在量子的世界里,确定性被概率取代了,无论是粒子的位置、能量还是速度,都处于一种不确定的状态之中。
例如:氢原子是由原子核和核外的一个电子组成的,电子会围绕原子核高速运动。最初波尔在解释氢原子时,认为氢原子的电子存在不同的轨道。但是他发现这种理论只对氢原子有效,稍微复杂一点的原子都无法解释。后来人们终于发现:电子并不存在确定的轨道,他的空间位置是随机的,于是人们画出了电子云,表示氢原子中的电子出现在各个不同位置的概率。
在德布罗意提出物质波的概念之后,波恩通过概率说解释了物质波和波函数的含义:波函数表示量子系统中某个事件的概率。
比如波函数ψ(r,t)表示一个随着位置r和时间t演化的波函数,那么|ψ(r,t)|的平方就表示在位置r和时刻t找到粒子的概率。波尔等人认为这种观点是正确的,人们把这种对于波函数和量子力学基本问题的解释称为哥本哈根诠释。
更为神奇的是:因为量子系统的概率诠释,我们在没有进行观测时,不能确定一个例子的位置和速度等信息,因此量子系统就处于一种叠加态。例如粒子既可能在A处,也可能在B处,它就处于A和B两处的叠加态;一个原子核可能衰变也可能没有衰变,它就出于衰变和未衰变的叠加态。
我们要知道这个粒子到底处于A还是处于B,或者要知道一个原子核到底衰变了没有,就需要进行观测。我们可能发现粒子在A处,也可能发现粒子在B处,我们称为叠加态坍塌成了本征态。似乎,我们的观测是会影响结果的,因为在观测之前,粒子究竟在哪里是不确定的,而观测之后,粒子立刻选择了A位置或B位置,这个过程就是在我们观测的一瞬间发生的。而且从此之后,粒子的状态就确定了。
这种观点与宏观世界是相违背的。比如我们到酒吧里去喝酒,服务员为我们倒了一杯酒,可能是啤酒,也可能是葡萄酒,我们可以通过品尝知道这杯酒是什么,然而,就算我们不去品尝,我们也知道这杯酒一定要么是啤酒要么是葡萄酒,虽然我们不知道这杯酒是什么,但是服务员知道。就算服务员也不知道,我们何时品尝,或者谁来品尝,这杯酒的测量结果都不会有不同。因此宏观世界不是处于叠加态,而是处于一个个本征态的。
但是量子世界里的酒却不是这样。这杯酒处于啤酒和葡萄酒的叠加态,既有可能是啤酒,也有可能是葡萄酒。现在不光世界上任何一个人都不知道这杯酒是什么,而且在不同的时刻,不同的人来品尝这杯酒,结果都可能不同。
薛定谔的猫由于量子力学中有太多与常识相违背的结论,所以许多人对量子力学产生了怀疑。许多人认为量子力学是一个不完备的理论,它只是一个更深刻的物理结论的某一个侧面。这其中就包含着量子力学的许多创立者,如爱因斯坦说“上帝不掷骰子”,薛定谔也提出了薛定谔的猫。
奥地利物理学家埃尔温·薛定谔是量子力学的奠基人之一。他在1926年提出了薛定谔方程,用以描述量子态的波函数随着时间的演化,并获得诺贝尔奖。
但是,他却认为量子力学并不是一个完备的理论。尤其是:在宏观世界中会有许多与量子力学相违背的事实。他为了把这个事实描述的更加清晰,就提出了薛定谔的猫这个最让物理学家们头疼的思想实验。
把一只猫关在一个封闭的铁容器里面,并放入少量的放射性物质。这些物质在一小时内有50%的概率发生衰变,还有50%的概率不发生衰变。如果物质发生了衰变,旁边的探测器会探测到,这样会通过一个装置启动一个榔头。榔头会打碎一个装有有毒物质的瓶子。瓶子里的有毒物质扩散到容器里,就会把猫毒死。如果物质没有衰变,那么有毒物质不会扩散,猫就活得好好的。
由于量子系统处于叠加态,因此在人们没有打开盒子看的时候,这些放射性物质处于衰变和没有衰变的叠加态之中,这就使得这只猫处于一种既活又死的叠加态之中。只有打开盒子进行观测,在这一瞬间叠加态会瞬间坍塌成本征态,这只猫就从一个既死又活的状态立刻变为活的或者死的猫。
有人可能会认为:不打开盒子也没关系,我们可以在盒子上安装一个玻璃看着这只猫啊。要知道:任何的观测行为都会影响实验。比如安装玻璃我们能够看到内部,这是因为有光射入了盒子再反射出来,这些光子就会影响量子系统,所以不能完成实验。猫要处于真正的叠加态之中,必须排除任何外界的干扰,因此人们也无法观测。
这只猫的出现让物理学家们抓狂了。人们差一点就相信了量子力学和哥本哈根诠释,但这个美好的愿望被一只猫打击的粉碎。
薛定谔通过这个实验向世界阐述:量子力学只是某个更深刻物理原理的侧面。
“有人认为量子力学是一幅云雾的照片,但它其实可能是一张摇晃或失焦的图片。”
平行世界那么,薛定谔的猫究竟该如何解释呢?现在的科学界对此还没有统一的观点。有些科学家甚至提出了许多神奇的理论来解释它。
1957年,科学家休·艾弗雷特提出了著名的“多世界诠释”。他认为:在进行薛定谔的猫的实验时,箱子里原本就有两个世界。这两个世界在箱子外的情况完全相同,只是一个世界里箱子里有个死猫,而另一个世界里箱子里有一只活猫,只不过这两个世界是纠缠在一起的。当我们打开箱子进行观测时,这两个世界就会发生分离,从此之后各自变为一个新的世界,而且彼此毫无影响。
这种想法多么的神奇!科幻作者们为此欣喜若狂,一大批科幻小说和电影都通过这个理论演绎平行世界的精彩故事,比如《彗星来的那一夜》就是部不错的电影。
可是这种想法又如此不可思议,让大部分科学家不愿承认它。薛定谔的猫至今仍是一个无法完全理解的怪物。
量子力学究竟是不是完备理论?人们对它还存在很多争论。著名的物理学家、诺贝尔奖获得者、最幽默的物理学家费曼曾经说过:“我想我可以有把握地讲,沒有人懂量子力学!”
有些财经领域的大佬为什么总预测不准股市,但是还乐于预测
因为预测股市准确不谁确,都不需要负责任。所以这些大佬为了配合管理层的意图,就会昧着良心说。所以他们的预测往往与客观规律不一样!
青蛙旅行为什么这么火
对,《旅行青蛙》确实是被广大玩家称为佛系游戏,所谓“佛系”,它是一个网络流行词,含义是一种怎么样都可以、不太走心、看淡一切的活法,“佛系”跟宗教没有任何关系,或者可以说,就是借这个符号,表达一种“有也行,没有也行,不争不抢,不求输赢的心态”,举几个例子,比如佛系买家,据说这类买家网购时遇到自己可以解决的问题绝对不会去找卖家,买到不太适合自己的东西也懒得退换。
至于《旅行青蛙》,它的确是火了,火爆程度就不用多说了相信大家心里都有数。我从三点来说吧,第一,游戏的外观设计。Hit-Point公司给予了《旅行青蛙》可爱的外表,这一点是吸引玩家下载的第一步,如果我们在appstore里看截图就没有下载的欲望,那么游戏里面设计的再好谁又知道呀?其实挺“外貌协会”的。
第二,作为一款放置型游戏,它本身就有吸引人的潜质,这样的游戏都很简单,没什么操作性,基本上就是没事打开点两下,也因此跨越了语言障碍,全世界的玩家都能无师自通,这就为拥有庞大的用户基数提供了最必要的条件。
第三,这款游戏很好的把握住了玩家们的牵挂心理。说到放置型游戏,举个简单的例子,十年前的QQ农场,这类游戏大家最在意的就是升了多少级,收获了多少,依靠奖励刺激大家玩下去,但是总有腻的时候,欲望被填满后,就会觉得没意思了。而《旅行青蛙》所抓住的牵挂心理是长期的、思念的,它让玩家更有“为人父母”的代入感,无时无刻地都惦记着那只小青蛙。
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