量子力學,到底是什麼?物理學家費曼說:這個世界上沒有人懂得?

jesse歘歘 發佈 2019-12-15T18:27:21+00:00

費曼,是20世紀最傑出的物理學家之一,他還是諾貝爾物理學獎獲得者,提出了費曼圖,費曼規則和重正化的計算方法,是研究電子動力學和生物粒子學必不可少的工具。他被認為是愛因斯坦之後最聰明的物理學家,也是第一個提出了納米概念的人。

費曼,是20世紀最傑出的物理學家之一,他還是諾貝爾物理學獎獲得者,提出了費曼圖,費曼規則和重正化的計算方法,是研究電子動力學和生物粒子學必不可少的工具。

他被認為是愛因斯坦之後最聰明的物理學家,也是第一個提出了納米概念的人。

作為20世紀在量子力學領域的研究的佼佼者,費曼為什麼會說:沒有人知道量子力學的世界?

事實上,不止一位物理學家這麼說。例如,量子力學創始人、哥本哈根學派領袖玻爾曾經說過,如果有人對量子力學不感到困惑,那只能說明他不懂量子力學。

很多物理學家都有相似的技能,其中一定有很多秘密。

在物理學史上,有一種奇異的,甚至可以用恐怖來形容的實驗,叫作:雙縫干涉實驗。

這個實驗讓科學家們困惑很多,簡單來說就是:這個實驗有觀測者和沒有觀測者最終得到的實驗結果是不同的。

在這個實驗中,光子經過兩個狹縫後將在螢幕上成像。如果忽略它們,就會出現干涉條紋。

如果在實驗中加入一個探測器,觀察光子是如何通過雙縫的,結果會大不相同。

是不是很神奇?

起初,科學家們並不相信,經過反覆的實驗,結果保持不變。

換句話說,一個簡簡單單的物理實驗,並最終觀察者也捲入到其中,你不說詭異不詭異?

不管實驗是什麼,理論物理學家都應該用理論來描述它。

在上世紀20年代前後,海森堡提出了矩陣力學來描述,薛丁格提出了薛丁格的波動方程來描述。

後來,狄拉克從數學上證明了這兩者是等價的。

事實上,海森堡,薛丁格和狄拉克的科學家已經是第三代力學科學家。

在此之前,第一代是普朗克、愛因斯坦;第二代是玻爾、索末菲、波恩;此外還有泡利、德布羅意等。

這些人不只是在研究理論,他們吵了一架,然後分成了兩個派系。

一一派是波爾領銜的哥本哈根學派,主力干將就有海森堡,泡利等人。

另一派的派頭也很大,由愛因斯坦帶領,主要干將有薛丁格,德布羅意等。

他們在爭論什麼?說白了,他們是在為"不確定性"而戰。

海森堡提出了不確定性原理,用來描述微觀世界的物理現象。

他認為,微觀粒子的位置和動量是不能同時測量,一個測量,另一個就不精準了。

那這個該如何理解呢?

我們舉個例子,就拿氫原子模型,我們傾向於認為電子是繞著原子核在轉的,類似地球繞太陽。

但海森堡認為所謂的"軌道"實際上是虛構想像出來的,並不存在,還不夠存粹。

基於當時的實驗現象,他提出了不確定性原理,用來描述電子的運動。 具體來說,用"可能性"來描述。 一個電子可以在下面的任何地方找到,但是每個位置的機率是不同的,可以用電子云來描述。

愛因斯坦不能解釋這種不確定性,他曾經在與波爾的論戰中就說到:上帝不擲骰子。

而波爾反駁道:愛因斯坦不要指揮上帝如何做。

反對黨的主要領導人,薛丁格也是提出了一個思維實驗:薛丁格的貓。

用貓的既死又活的疊加態來諷刺哥本哈根學派。

無論是愛因斯坦,還是薛丁格,實際他們無法理解量子力學的一個很重大的原因是:無法換位思考。

那麼,目前在量子力學運用上誰做的比較好呢?

美國量子計算機:10月23日,谷歌在《自然》雜誌上發表研究論文,正式宣布實現"量子霸權"。傳統的超級計算機需要計算數萬年的計算量。谷歌開發的sycammore量子處理器可以在200秒內完成目標計算。

中國量子衛星(墨子) : 墨子號,世界上第一顆量子科學實驗衛星,於2016年8月16日從酒泉衛星發射中心發射。

最近,中國在量子領域又取得了新的突破。

中國科學家潘建偉教授領導的團隊首次實現18個量子比特的糾纏,而這在國際上一直都是一個非常艱難的項目。

此次我國在國際上刷新了所有物理體系中最大糾纏態製備的世界紀錄。

20多年來,潘建偉教授和他的同事們一直致力於多光子糾纏和干涉度量的研究道路。可以說,他們的貢獻是不可或缺的。潘建偉教授的團隊一直引領著這一領域的全球發展。不僅在理論上,我國已經位居世界第一,而且在未來,我國可以進一步應用於大規模高效的量子信息技術,加速量子通信的發展。


總之,在科學技術的這一時代,國家的科學技術進步決定了國家整體實力的提高。

物理學的研究肯定離不開數學知識,楊振寧是物理界少有的大量運用數學的科學家。

他曾經說過:我的大多數物理同事對數學採取功利主義的態度。也許是因為受我父親的影響,我更喜歡數學。我欣賞數學家的價值,我欽佩數學的魅力和力量:它具有戰術上的技巧性和靈活性,以及戰略遠見。更重要的是,它的一些奇妙的概念是支配物理世界的基本結構。

振寧提出要"尋找美妙的幾何結構",就是用數學來研究物理。

1983年,當楊振寧向中學生介紹他的學習過程時,他提到了一個人。

他說:"有一個劉薰宇先生,他是一個數學家,寫過許多通俗易懂和極其有趣的數學方面的文章,我還記得我看了他寫的關於智力測驗的文章,才知道排列和奇偶排列這些極為重要的數學概念。"

劉薰宇是我國著名的數學家和教育家。他和楊振寧的父親是同學。

他有多厲害? 舉個例子。

在中國歷史上,有一個類似神的中學:春暉中學.

這所學校的美術老師是豐子愷。

音樂老師:李叔同。

語文教師:朱自清、朱光潛。

書法課:于右任。

此外,還有蔡元培、蔣夢麟、何香凝、葉聖陶、張大千、巴人、廖仲愷、黃炎培、陳望道等前來聽課。

誰是數學老師?那是劉薰宇。

因此,在這一領域的數學教育中,劉薰宇絕對是民國大師級的存在。像美術老師豐子愷就經常跟劉薰宇請教。

豐子愷說:

"當我遇到薰宇時,他便寫了這些文章。每次他發表文章時,我都會讀它,誘使我讀的原因是它們的富有趣味的題材。我常不知不覺地被誘進數學的世界裡去。"

每次想,如果以前有這樣的數學書,也許我不會荒廢數學......

其中《韓信點兵》一篇給我的回想很不好:

當這篇文章發表的時候,我正好患有眼疾,醫生告訴我不要在燈光下閱讀,可是當我收到了這本雜誌,竟在燈下一口氣讀完了。次日眼睛很痛,又去看醫生。"

我特別為我的孩子們找到了劉薰宇的書。我的孩子們正上六年級,他門平時也補習數學。他有時覺得上補習班有點無聊。但是當他讀到這本書時,他覺得很有趣,而且還能把他在補習班學到的東西運用過來。現在一看就是一個小時。要在平時看補習班的書頂多15分鐘就要跑了。

我給孩子們看的這套書一共有三本,一本是《馬先生講算學》,主要講如何用圖解法求解一些算術四則問題

第二本《數學趣味》,主要講日常生活中碰到的數學問題,我們講萬物皆數學,通過萬物來學數學是最快的。

第三本是《數學的園地》,這一冊就有點難度了,裡面講了函數、連續、誘導函數、微分、積分和總集等概念及它們的運算法的基本原理。雖然有點深,但講解的方法很妙,我家小孩六年級,還能看懂一部分的內容。

這套書非常適合小學及初中的學生閱讀,可以作為他們的自學教材。能夠讓他們自我學習。

這套書的價格也不貴,三本也只要69,免費送貨到家。

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