量子力学到底是不是一种科学?

小彭来给您解惑

发布时间:03-1416:31

之前我写了很多关于量子力学的文章,其中讲解了量子力学的一些非常诡异的现象,比如微观粒子可以同时处于多个位置,也可以同时拥有多个速度,也就是微观粒子可以同时处于多个状态的叠加态,甚至还提到了量子纠缠,对一个纠缠粒子的测量,会瞬间影响到另一个粒子,这种瞬间作用的超光速的,是跨越了时间和空间的限制而发生的,所以有很多网友一时不太能接受这种理论,甚至质疑量子力学到底是不是一种科学,今天我就来谈谈这个问题。

首先要告诉大家的是,量子力学绝对是一种科学,因为我们目前的芯片技术,其实都运营了大量的量子力学理论,量子力学对人类的贡献非常大。那么量子力学到底有啥神奇之处呢?其实所有的物理理论都对应了一个适用范围,这个范围叫这个理论的“域”。比如宏观世界的牛顿力学,应该算是科学了吧,但是牛顿力学也是有“域”的,那就是宏观的低速情况。

只要是一个物体处于宏观世界范畴,并且物体的运动速度不大(这里的不大是相对于光速而言),那么牛顿力学可以完美解释一切运动。但是一旦超出了这个域,那么牛顿力学就显得不正确了。比如用牛顿力学来处理接近光速运动的天体,计算出来的数值,和实验观察数据相差会非常大。

那么量子力学的“域”在哪里呢?有很多人会说是微观世界,但是其实这个说法并不准确,因为量子力学并非只能在微观世界用,部分的宏观世界也是符合的。比如我前面讲解过得“海森堡测不准原理”,也就是满足一个公式:位置不确定度*动量不确定度>=h/4π。很多人以为这个公式只适用于微观世界,其实宏观物体一样适用,只不过这个公式用在宏观世界没有多大意义。因为宏观物体的质量是非常大的,会大大的削弱量子力学带来的不确定性。这是为什么呢?因为动量=质量*速度,刚刚的公式就可以改为:

位置不确定度*速度不确定度*质量>=h/4π

其实上面这个公式不论微观还是宏观都适用的,我们可以简单理解为A*B*C>=h/4π,其中A就是位置不确定度,B就是速度不确定度,C就是质量。那么三个事物相乘要>=h/4π,那么如果其中一个值很小,为了保证最终相乘结果要>=h/4π,另外两个的值就必须较大才行。

举个简单的例子,如果A很小很小,那么为了保证最终结果依然>=h/4π,B和C就必须很大才行,相当于A拖了大家后腿。根据这个思维,我们来看看宏观物体和微观物体有一个很大的区别,那就是宏观物体质量要大的很多。

相当于宏观物体由于C很大,所以C给大家做了很大的贡献,那么A和B就不需要太大,就能保证A*B*C>=h/4π,所以宏观物体的A和B就显得非常小了。也就是宏观物体的位置不确定度和速度不确定度非常小。小的基本可以认为宏观物体的速度位置一直都是确定的,不需要叠加态这个概念来描述。

但是微观物体,由于质量非常小,所以C就很小,那么C就拖了大家后腿,导致A和B都必须很大,才能保证A*B*C>=h/4π,所以微观物体的位置和速度都会很不确定,微观粒子可以同时处于多个位置,也可以同时处于多个速度。

所以大家明白了吧,其实量子力学并非只能用于微观世界,宏观世界部分也是适用的,只不过用量子力学来研究宏观世界,多数时候都没多大意义。

分析到这里,大家应该知道了,量子力学其实也和牛顿力学一样都是科学,而且量子力学的“域”还相当光,因为它是从微观渗透到宏观,但是量子力学的“域”和相对论的“域”目前重叠部分还很少,所以人们一直在谋求对这两个理论的域进行协调和统一,如果我们真的能做到把两者矛盾地方解决,那么这个理论就是所谓“大一统”理论。我是小彭来给您解惑,如果喜欢文章可关注,如果对文章有异议可留言评论。

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