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量子力学究竟在研究什么?

什么是量子力学?

量子力学是人类的物理学理论,同时也是人类的物理学理论基础,量子力学主要是描述微观粒子的运动规律,在量子力学中存在很多颠覆传统认知的定律和现象,微观粒子的运动方式仿佛遵循另一种规则。

量子力学究竟在研究什么?

从定义上来看,量子力学似乎并不复杂,无非就是在研究“量子”的运动规律和性质,是从微观的角度去刨析宇宙的本质。实际上的量子力学十分复杂,完全和我们熟知的世界是一个不同的领域,著名的物理学家费曼就说过:“没有人真正懂量子力学”,他认为,如果有一个人声称自己搞懂了量子力学,那么这个人就是对量子力学一窍不通。

量子力学究竟在研究什么?理查德·费曼

不止是费曼,众多物理学家都对量子力学感到疑惑,比如说“薛定谔”和“爱因斯坦”这两位物理学大师,就曾经多次讨论自己对量子力学的看法,因为量子力学和相对论是目前人类的两大基础理论,相对论解释宏观的时空观,量子力学解释微观的粒子运动,但是两个理论并不能相容,科学家一直想要让这两个理论可以相容,可惜的是在宇宙面前,量子力学和相对论都存在一定的漏洞,是“不完善”的。

以爱因斯坦为首的一部分科学家认为,不论是量子力学还是相对论都是不完善的理论,人类需要找到新的理论去解释量子力学中出现的现象,比如说“量子纠缠”还有“观察者效应”这些确实存在又违反常识的现象。

量子力学究竟在研究什么?

而另外一部分以玻尔与海森堡为首的哥本哈根学派物理学家认为,现在的量子力学就是正确的,而哥本哈根学派的“哥本哈根诠释”被认为是目前最正确的诠释,也是目前公认的对量子力学系统的基本描述。

而在一开始,爱因斯坦并不认同玻尔与海森堡的理论,他针对当时的哥本哈根诠释提出了许多疑问,这些问题直接指出了当时哥本哈根诠释的理论缺陷,迫使玻尔与海森堡还有其他的科学家完善了哥本哈根诠释。

量子力学究竟在研究什么?

爱因斯坦从来没有不认可过量子力学,只是他对于宇宙的理解和量子力学对宇宙的诠释不一样,在量子力学中,宇宙的本质是“随机”的,在“双缝干涉实验”中,量子的状态会根据观察者是否存在发生变化,人类的观察会对量子的状态产生影响,目前还没有任何一个理论可以简单明了的解释这个问题。

那么“量子”又是什么呢?这里的“量”指的不是能量,而是“物理量”,比如说“时间”,“长度”等等,任何一个物理量的最小不再可分割单元被称为是“量子”,所以不只是物质存在量子状态,我们对宇宙的认知也止步于量子。

量子力学究竟在研究什么?

任何比量子更小的物理单位都是没有意义的,并不是更小的单位不存在,而是低于普朗克尺度后,我们的物理定律就失效了,不止是在小于量子尺度时,人类的物理定律会失效,在黑洞的奇点附近,人类的物理定律同样会失效。不论是相对论还是量子力学,都不能完美的描述已知宇宙,在黑洞和特别小的尺度下就会失效。

所以,量子力学就是人类现在描述微观粒子的理论,只不过微观粒子的运动规律和基本构成与宏观世界中的规律有很大的差距,同时量子力学目前还不是百分百完善的理论,许多领域和无法解释的事情都能和量子力学扯到一起,于是才有了“遇事不决,量子力学”,这样的调侃。

量子力学究竟在研究什么?

其实量子力学并不神秘,只是因为我们的理论体系还不够完善,量子力学中也存在一些违反常识的现象,种种原因给量子力学披上了一层神秘的面纱。其实,从根本上来说,量子力学不应该是一个不完善的理论,更应该是我们探索宇宙微观世界和更深层次物理规律的大门。

人类的物理学诞生只有短短的几百年,取得今天的成就其实已经很棒了,随着基础科学的发展,物理理论肯定会向前推进。比如说人类现在的理论会在黑洞奇点面前失效,可是人类并没有真正探索过黑洞,我们甚至不能百分百确定黑洞就和我们的理论一样,或许未来人类开始探索黑洞时,会发现黑洞完全和我们想象的不同也说不定。

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