你可能听过量子物理,但若真想深入理解,它确实是个让人“头大”的学科。
这个领域充满了超乎常规的概念,任何企图简单描述它的努力往往让人觉得它越来越难懂。
然而,尽管量子物理“奇怪”得不可思议,它已然在科学界屹立了百余年,并被公认为人类迄今为止最精确的科学理论。
现代科技的无数成果都源自它,从手机、激光、导航,甚至到我们身边的计算机,量子物理奠定了它们的基础。
但是,这是否意味着科学家真的“理解”了它?
答案却很复杂,甚至是难以理解的。
事实上,这一切可能更像是一个迷宫,越深入越发现自己在曲折的路径上徘徊。为了让你更清晰地看到量子物理中那些神奇的“现象”,我们可以从最简单的实验事实出发。
警告一句:这里并不会给你一个“满意的答案”,但会向你展示自然之谜的另一面——一个比我们五感构建的世界丰富得多的现实。
第一步:光是一种波动
我们的故事始于光的波动性。
设想我们将一束激光射向一个特定的装置,其中布置了一些镜子和分束器。这就是著名的“马赫-曾德尔干涉仪”。这里的“分束器”会将光束分成两部分,分别进入上下两条路径。
为什么这样做?
因为光实际上是一种电磁波,光波之间可以相互“干涉”——这意味着它们可以在某些条件下叠加或抵消。
激光经过分束器后会沿不同路径前进,进入上下路径的光波会相互作用,在一定条件下发生“建设性干涉”(增强光强度)或“破坏性干涉”(减弱光强度)。
那么,光在这里究竟会发生什么呢?
马赫-曾德尔干涉仪时常用于空气动力学、等离子物理学与传热学领域,可以测量气体的压强、密度和温度的变化。在本图里,设想分析一支蜡烛的火焰。两种输出影像都可以被观测到,一个显示出白色火焰,另一个显示出黑色火焰。
在这个实验中,顶层的观察者会发现光束的两个反射路径相互抵消,形成了一个叠加效果。
而对于底层的观察者来说,反射路径却不同,光线会“抵消”自己,使得下层的光亮被削弱。
这些现象看似奇特,但其实自1821年起,科学家们已经理解了这种干涉原理,甚至在基础的大学物理实验中也能观察到类似现象。
第二步:光既是一种粒子
到了这里,你可能认为,光的“波动性”已经够奇特了,但量子物理的精妙远不止于此。
1905年,爱因斯坦提出了光量子理论,认为光不仅仅是一种波动,还具有“粒子”特性——它是由微小的粒子(后来称为“光子”)组成的。
这一发现不仅让爱因斯坦摘得诺贝尔物理学奖,也让人们对光的本质有了新的认识。
假设我们将激光的功率降低到极限,使光子在实验装置中以“粒子”的形式被单独检测到。这样,我们会观察到一次一个的“光子闪光”,每次只触发短暂的光亮。然而,随之而来的结果却出乎意料。
根据设想,光子应当在第一个分束器处被随机反射或透过,因此当它通过第二个分束器时,无论走上层还是下层路径,顶层和底层的观察者应该随机看到闪光。
换言之,我们的预测是:观察者应当在两条路径上不时看到光子的存在,但实验结果却非如此。
第三步:自相矛盾的光子
令人困惑的现象来了——实验的实际结果是:只有顶层的观察者看到了光子的闪光,底层的观察者却始终在黑暗中。
这表明光子似乎并没有走单一路径,而是“同时”走了上下两条路径,并在第二个分束器处相互干涉。
我们甚至可以通过调整上层路径的长度来验证这一点,延长路径后,底层观察者会逐渐看到闪光的出现。
这些实验结果似乎在暗示:光子既走了这条路,又走了那条路,并在自身相遇时发生干涉。
更有意思的是,当我们引入第三位观察者来监测下层路径时,情况再次发生了变化。
即使监测者什么也没有检测到,这也会影响其他观察者的结果:一旦监测者加入,光子的行为便不再遵循之前的规律。
光子在这里的表现变得更加诡异和不可捉摸:在我们试图观察它的时候,它表现得像个“粒子”;而当无人关注时,它就变成了“波”。
未解之谜:波粒二象性
在量子物理中,这种现象被称为“波粒二象性”,意味着光既表现为波,又表现为粒子。
这两种完全不同的属性在不同情况下交替出现。光到底是波还是粒子?从传统视角来看,答案似乎是“既不是波,也不是粒子”。
量子物理告诉我们,它是一种我们无法轻易理解的第三种存在形式(量子纠缠)。
人类的生活经验中并没有直接对应的事物,我们很难找到合适的类比。这或许就是量子物理特别之处之一。尽管这一学科发展已逾百年,但科学家们在“如何思考量子物理”这一问题上,依然无法完全达成共识。
量子物理的核心在于它能够以惊人的精确度预测观察结果,科学家们也正是基于这些预测实现了许多现代技术。
但在这些精密的公式和数据背后,“光子究竟发生了什么”的问题依然模糊不清。我们仅仅知道“如何计算结果”,但似乎无从解释背后的本质。
反思:我们到底在寻找什么答案?
量子物理的学生们往往被教授告知,不要去问“光子究竟发生了什么”,这种想法总结为一句名言:“闭嘴,好好计算”。
或许,这种哲学有其道理。光子行为背后的答案可能并不在我们现有的知识体系内。
作为人类,我们对于“解释”的概念可能过于狭隘,或许目前的认知结构尚不足以理解量子世界的本质。
所以,量子物理之所以奇妙,不仅在于它解释了多少自然现象,更在于它提出了我们无法用已有知识回答的问题。
这些问题引领我们不断思考、不断探寻,让我们意识到自己还处在理解宇宙的起点。
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证实/证明理论是骗术:::需要证明的真理/理论是骗,号称证明真理/理论也是骗!!!真理理论作为预测未来的全称命题(全时空),证伪当然有效,证明/证实当然无效。号称证明XX论和万有引力定律,一天证明10000次,有用吗???实验只是证明了具体现象真。号称证明公理公设,假说冒充公设,肯定都是骗。所有自然规律都是对过去的观测归纳,未来是不变的,这个不可能知道原因,只能信任自然。真理不证自明无法证明!!——相对真理也是骗术,真理是客观存在的绝对真理,人类诞生之前没有人类的观测,月亮不运动吗???引力有没有???都是显而易见!仰望星空信任自然的地心说需要认知进化,能否定绝对真理吗???地心说依据的现象变了吗?没有!号称相对真理是悖论斯坦蔑视自然欺师灭祖搞骗的伎俩。❌❌大胆假设,细心求证,都是骗术,是悖论斯坦发家的“两头骗”!用假设猜想后脑勺肯定没用,搞1000年的鬼故事(假说)也真不了,牛顿自然哲学反对任何创造假说!!!无人机,潜水艇,轮子,核弹的发明创造都是由公理和观测经验大胆演绎的结果/现象,与自然复杂现象一样,真理不变现象无穷多。苏格拉底说,万变中寻求不变的真理。
⭕️粒子对撞机能创造新物质吗?不!!只能产生一些破碎(质量亏损)。核能化石能太阳能都是释放光子,清洁能源的根本在于光 photon energy and photon behavior discussions,宏观引力微观电磁力包括光子都服从牛顿力学。正负光子(中微子)是电子质子撞击的破碎,质子电子的强大电斥力(大于10^36倍引力)发射碎块到达零电势区的速度就是真空光速。原子内遍布真空,极小光子惯性飞行,在强大引力场中有轨道运动与逃逸折射或撞击,在斥力场散射反射等。原子惯性飞行穿透材料条件太差,获得动能也有限。……中子大冲量撞击原子核是产生光子动能(核能)的关键方法,电子撞核,质子撞轨道电子,冲量都太小。……加速器驱动的次临界核能可获得无穷能源,且不受现有裂变材料的局限。———热量温度是光粒子辐射(热质说),高温体辐射更多光子吸收低温体辐射的更少光子,温度传递只能由高温体到低温体(熵只是数学描述,原子获得光子动能相对运动才有生命的生机活力,不是绝望)。高温体辐射更多动能光子,当然微观运动更剧烈(热动说)。无光子辐射是绝对零度,宇宙背景辐射超过且接近绝对零度,获得绝对零度当然极难。
❌波与场❌都是数学当物理,捉影弄鬼的把戏::水波/声波/沙丘波,都是物质/粒子相对运动的宏观时空分布。🍎波粒二象性?以干涉衍射现象否定光是粒子,又去解释粒子干涉衍射,当然是骗术笑话。更荒唐在于二象性祸害了认知自然的核心根基/同与不同的确定性。 🍎场是数学虚幻,只能由源完全确定,不可观测(源力不是场力,源能量不是场能量),物质的场到处飞吗?飞的方向如何确定?地球场给你引力,你给地球场引力?也是笑话!!场速是光速,地球速度显然不同,地球场跑了吗?~~~场与波都是捕风捉影的把戏,祸害深远。………赫兹电磁波实验,激励源是电火花,感应接收也是电火花,显然是光子动能传播与光电效应(发现晚于赫兹实验),用了电磁波来解释而已。电磁波理论(尚未发现电子)只是基于宏观电磁观测的数学方法,牛顿的物质相互作用相对运动才是一切宏观微观现象的唯一根本!!带电是物质本质属性,不需要也不可能由变化磁场产生,磁力对电磁粒子做功影响了正负电荷分布而已。❌水波声波永远不可能象光子一样真空直线传播。两朵乌云包括光电效应当然都是电磁理论的谬误,骗子借机祸害经典力学体系,何其疯狂??