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量子力學是一門不確定的學科?為什麼愛因斯坦都這樣認為

物理學發展到現在,誕生無數理論與學說。其中最具代表性的無疑就是經典物理(牛頓力學)、量子力學、相對論。大多數人都明白牛頓力學三大基本定律、相對論分為廣義相對論和狹義相對論,但對於量子力學卻模模糊糊,只知道其研究範圍為微觀粒子,這是為什麼呢?因為量子力學本身就是一門「不確定」學科。為什麼說量子力學是一門不確定的學科呢?我們從以下兩個方面來闡述原因。

一、量子力學的建立基礎

對於量子力學有些了解的朋友知道,量子力學的理論框架是由下列五個假設構成的:(1)微觀體系的運動狀態由相應的歸一化波函數描述(2)微觀體系的運動狀態波函數隨時間變化的規律遵從薛定諤方程(3)力學量由相應的線性厄米算符表示(4)力學量算符之間有確定的對易關係(5)全同的多粒子體系的波函數對於任意一對粒子交換而言具有對稱性。(具體含義不做過解釋,有興趣評論留言)因此量子力學的成立本就是建立在這五個假定之上。

在這五大假定中,薛定諤方程的建立更是讓人無法想像。因為薛定諤方程本就是為了解決問題而解決問題拼湊出來的,這聽起來和我們傳統的數學公式推導完全不一樣,這也是為什麼在薛定諤方程提出的時候哥本哈根學派強烈反對的原因,但不得不說的是就是這一個硬拼湊出來的公式卻很好描述了微觀粒子的狀態。


量子力學作為20世紀最有突破的科學成就之一,也是最具爭議的科學之一。人們不能接受量子力學是因為它的不確定性。對於傳統的物理學來說,只要找到了事物之間相關的聯繫,就能在每時每刻確定,事物之間相關的物理數據,比如說,物體運行距離等於物體的速度乘以物體運行的時間,只要知道物體的速度,你每時每刻都能計算出物體運行了多遠,然而海森堡提出的量子不確定性原理使得你無法預知一個微觀粒子未來的狀態。簡單來說就是如果有一個電子在繞原子核運動,你知道它在某一時刻具有的能量,那麼你就無法確定它現在的位置,你只能定性的確定它在莫一位置出現的概率。同理,當你確定其位置時,你也就無法確定它所具有的的能量。

如果更現實一點的例子就是薛定諤的貓這個大名鼎鼎的實驗了,薛定諤嘗試用這樣一個理想實驗來檢驗量子理論隱含的不確之處。設想在一個封閉的匣子里,有一隻活貓及一瓶毒藥。當衰變發生時,藥瓶被打破,貓將被毒死。按照常識,貓可能死了也可能還活著。量子力學告訴我們,存在一個中間態,貓既不死也不活,直到進行觀察看看發生了什麼。

總之量子力學這門學科充滿著神奇,雖然現在仍有很多人質疑量子力學的正確性,但即使如此我們也無法否認量子力學的卓越貢獻。老話說的好:「不管是黑貓白貓,能抓到老鼠的就是好貓。」那麼你認為追究量子力學的正確與否還有多少意義呢?


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