正文 第18节
1c波粒二象性
“量子”一词意指“一个量”或“一个离散的量”。马克斯·普朗克认为,光是以不可分的块状或批量的形式传播的微小粒子。
在经典物理学中,所谓“粒子”是指既具有一定的质量和电荷等属性,又具有确定的位置和确切的运动轨道的颗粒原子性的客体,可以用动量c能量等可精确测量的物理量描述;而所谓“波动”,则意味着某种实际物理量的空间分布作周期性变化,并呈现出干涉和衍射等反映相干叠加性的现象。显而易见,在经典概念下,粒子性和波动性很难统一到一个客体上,而近代物理实验表明,任何物质都具有波动性和粒子性两个方面的性质。
尼尔斯·玻尔(nielsb一hr)曾把量子物体的波动性和粒子性构成其行为上升为互补原理。
玻尔认为,只是当你看原子时,它才变成物质。你可以决定要看什么。想看它的位置,你就能在某一位置上看到一个原子。想看它的运动时,你就可以看到以某一速度运动的原子。但你不能两者同时看到。观察所造成的实在是与观察者以及观察者所选用的测量方法是分不开的。
假如你觉得玻尔的话令人摸不着头脑,矛盾,令人难以接受,那么,爱因斯坦跟你是一个观点。不管我们观察与否,世界不也确实是照样存在着吗?我们的观察可能揭示出原子的实在,但怎能说我们的观察创造了原子的实在呢?
2c海森堡不确定原理
维尔纳·海森堡(ernerheisenberg)是德国杰出的物理学家,他在量子物理领域的贡献是举世公认的。著名的海森堡不确定原理,是量子理论的基本原则。根据这一原理,量子物体的所有属性都不具有完全确定的值。比如:一个光子或一个电子不可能同时具有确定的位置和确定的动量,对一确定的时刻,它也不可能有确定的能量。在这里我们关心的是能量的不确定性。尽管在宏观世界能量是守恒的,它既不可能创造也不会消失,但在亚原子量子范畴能量可以随时变化,这种变化自发地出现,而且不可预见。所考虑的时间间隔越短,这种随机量子涨落就越大。事实上,粒子是通过“借贷”能量进行跃迁的,只要它马上偿还就行。能量借贷得越多,偿还也就越快。
测不准原理的意思是,你不能知道一个原子或电子c光子以及其它亚原子粒子在什么位置上,同时又知道它在如何运动。你不仅不可能知道,而且,具有确定的位置和运动的原子这一概念本身就是无意义的。你可以问原子在哪里,并得到一个有意义的解答。或者,你可以问原子如何运动,并得到另一个有意义的解答。但是,“原子在那里,它运动得多快?”这种问题是没有答案的。位置和运动构成微观粒子实在性两个互不相容的方面。但是,假如原子没有位置或者没有有意义的运动,我们还有什么理由说它是个东西呢?
能量的不确定性会引出一些奇怪的效应,平常认为空无一物的空间中存在着极短寿命的粒子,瞬间即逝,翻腾不已,永无止息地运动着。诸如光子那样的粒子可以突然从虚无中生成,不过过后它又马上再度消失,这种粒子依靠借来的能量,因而也是依靠借来的时间得以生存。这些批量的川流不息瞬时存在的粒子,不仅有光子c还有电子c质子和别的所有粒子。为了把这些瞬时粒子与我们比较熟悉的永久粒子相区别,前者称为“虚粒子”,而后者则称为“实粒子”。然而,除瞬时性外,虚粒子与实粒子是完全相同的。实际上,如果用某种方法从外界补充足够的能量偿还海森堡能量借贷的话,那么,虚粒子就有可能升格为实粒子,而且与其他同样实粒子没有任何区别。
在实验室里,粒子可以以极高的速度碰撞,于是,以前只有两个粒子的地方,会出现四个粒子。新粒子的出现,是以那两个原先的粒子的速度降低为代价的。把那无形的运动转化为有形的物质,爱因斯坦的方程式e一c2告诉我们,有质量的c运动的物质与它的速度能量相联系。
由此,以尼尔斯·玻尔为首的哥本哈根学院派认为:在量子物理学中,许多量子现象是物理学家在其实际工作中所使用的许多纯抽象数学概念变得为人们所熟悉,以致它们凭着自身的观念来假设一种虚假的“实在”气氛。在经典物理学中,情况也是如此。引力和能量最为突出,引力作为客观宇宙最普适性最经济的解说而被人普遍接受。其实它只是一个纯抽象的量,作为一种有用的模型引进物理学中,采用这种模型我们可以缩短复杂的计算。同样能量也是如此,这两个物理量,你不可能看见或摸到,可是现在,引力和能量这两个词在日常的物理学谈话中竟是非常之多,以致人们认为它们是有其自身存在性的确切实体。实际上,它们只是以简单的方式将力学过程中各种观察联系在一起的一组数学关系中的一部分。由此而言,像电子c光子或原子这些词,应该按同样的方式来看待一一一即它们是一些在我们想像中将实际上只是一组关联各种观察的数学关系固定起来的模型。于是他们得出一个结论:世界的实在性扎根于观察之中,在实际的量子世界里,任何一种基本量子现象只有在其被记录下来之后,才是一种现象。也就是说,没观察时,像电子c光子或原子只是一个幽灵,这种模糊世界只是在受观察时才变成具体的实在。
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“量子”一词意指“一个量”或“一个离散的量”。马克斯·普朗克认为,光是以不可分的块状或批量的形式传播的微小粒子。
在经典物理学中,所谓“粒子”是指既具有一定的质量和电荷等属性,又具有确定的位置和确切的运动轨道的颗粒原子性的客体,可以用动量c能量等可精确测量的物理量描述;而所谓“波动”,则意味着某种实际物理量的空间分布作周期性变化,并呈现出干涉和衍射等反映相干叠加性的现象。显而易见,在经典概念下,粒子性和波动性很难统一到一个客体上,而近代物理实验表明,任何物质都具有波动性和粒子性两个方面的性质。
尼尔斯·玻尔(nielsb一hr)曾把量子物体的波动性和粒子性构成其行为上升为互补原理。
玻尔认为,只是当你看原子时,它才变成物质。你可以决定要看什么。想看它的位置,你就能在某一位置上看到一个原子。想看它的运动时,你就可以看到以某一速度运动的原子。但你不能两者同时看到。观察所造成的实在是与观察者以及观察者所选用的测量方法是分不开的。
假如你觉得玻尔的话令人摸不着头脑,矛盾,令人难以接受,那么,爱因斯坦跟你是一个观点。不管我们观察与否,世界不也确实是照样存在着吗?我们的观察可能揭示出原子的实在,但怎能说我们的观察创造了原子的实在呢?
2c海森堡不确定原理
维尔纳·海森堡(ernerheisenberg)是德国杰出的物理学家,他在量子物理领域的贡献是举世公认的。著名的海森堡不确定原理,是量子理论的基本原则。根据这一原理,量子物体的所有属性都不具有完全确定的值。比如:一个光子或一个电子不可能同时具有确定的位置和确定的动量,对一确定的时刻,它也不可能有确定的能量。在这里我们关心的是能量的不确定性。尽管在宏观世界能量是守恒的,它既不可能创造也不会消失,但在亚原子量子范畴能量可以随时变化,这种变化自发地出现,而且不可预见。所考虑的时间间隔越短,这种随机量子涨落就越大。事实上,粒子是通过“借贷”能量进行跃迁的,只要它马上偿还就行。能量借贷得越多,偿还也就越快。
测不准原理的意思是,你不能知道一个原子或电子c光子以及其它亚原子粒子在什么位置上,同时又知道它在如何运动。你不仅不可能知道,而且,具有确定的位置和运动的原子这一概念本身就是无意义的。你可以问原子在哪里,并得到一个有意义的解答。或者,你可以问原子如何运动,并得到另一个有意义的解答。但是,“原子在那里,它运动得多快?”这种问题是没有答案的。位置和运动构成微观粒子实在性两个互不相容的方面。但是,假如原子没有位置或者没有有意义的运动,我们还有什么理由说它是个东西呢?
能量的不确定性会引出一些奇怪的效应,平常认为空无一物的空间中存在着极短寿命的粒子,瞬间即逝,翻腾不已,永无止息地运动着。诸如光子那样的粒子可以突然从虚无中生成,不过过后它又马上再度消失,这种粒子依靠借来的能量,因而也是依靠借来的时间得以生存。这些批量的川流不息瞬时存在的粒子,不仅有光子c还有电子c质子和别的所有粒子。为了把这些瞬时粒子与我们比较熟悉的永久粒子相区别,前者称为“虚粒子”,而后者则称为“实粒子”。然而,除瞬时性外,虚粒子与实粒子是完全相同的。实际上,如果用某种方法从外界补充足够的能量偿还海森堡能量借贷的话,那么,虚粒子就有可能升格为实粒子,而且与其他同样实粒子没有任何区别。
在实验室里,粒子可以以极高的速度碰撞,于是,以前只有两个粒子的地方,会出现四个粒子。新粒子的出现,是以那两个原先的粒子的速度降低为代价的。把那无形的运动转化为有形的物质,爱因斯坦的方程式e一c2告诉我们,有质量的c运动的物质与它的速度能量相联系。
由此,以尼尔斯·玻尔为首的哥本哈根学院派认为:在量子物理学中,许多量子现象是物理学家在其实际工作中所使用的许多纯抽象数学概念变得为人们所熟悉,以致它们凭着自身的观念来假设一种虚假的“实在”气氛。在经典物理学中,情况也是如此。引力和能量最为突出,引力作为客观宇宙最普适性最经济的解说而被人普遍接受。其实它只是一个纯抽象的量,作为一种有用的模型引进物理学中,采用这种模型我们可以缩短复杂的计算。同样能量也是如此,这两个物理量,你不可能看见或摸到,可是现在,引力和能量这两个词在日常的物理学谈话中竟是非常之多,以致人们认为它们是有其自身存在性的确切实体。实际上,它们只是以简单的方式将力学过程中各种观察联系在一起的一组数学关系中的一部分。由此而言,像电子c光子或原子这些词,应该按同样的方式来看待一一一即它们是一些在我们想像中将实际上只是一组关联各种观察的数学关系固定起来的模型。于是他们得出一个结论:世界的实在性扎根于观察之中,在实际的量子世界里,任何一种基本量子现象只有在其被记录下来之后,才是一种现象。也就是说,没观察时,像电子c光子或原子只是一个幽灵,这种模糊世界只是在受观察时才变成具体的实在。
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