上帝掷骰子吗

《上帝掷骰子吗》这本书是关于量子论的故事。量子论是一个极为奇妙的理论:从物理角度来说,它在科学家中间引起了最为激烈的争议和关注;从现实角度来说,它给我们的社会带来了无与伦 …… [ 展开全部 ]
  • 作者:曹天元
  • 出版社:辽宁教育出版社
  • 定价:35.00元
  • ISBN:7538281770
第六章 殊途同归
  • dzter
    2015-12-08 19:50:18 摘录自148-149页
    现在让我们来做一个思维实验,想象我们有一台仪器,它每次只发射出一个电子。这个电子穿过双缝,打到感光屏上,激发出一个小亮点3那么,对于这一个电子,我们可以说些什么呢?很明显,我们不能预言它组成类波的干涉条纹,因为一个电子只会留下一个点而已。事实上,对于这个电子将会出现在屏幕上的什么地方,我们是一点头绪都没有的,多次重复我们的实验,它有时出现在这里,有时出现在那里,完全不是一个确定的过程。……关键是,单个电子总是以一个点的面貌出现,它从来不会像薛定谔所说的那样,在屏幕上打出一个图案来。只有大量电子接二连三地跟进,总的干涉图案才会逐渐出现。其中亮的地方也就是比较多的电子打中的地方,换句话说,就是单个电子比较容易出现的地方,暗的地带则正好相反。如果我们发现,有九成的粒子聚集在亮带,只有一成的粒子在暗带,那么我们就可以预言,对于单个粒子来说,它有90%的可能出现在亮带的区域,10%的可能出现在暗带。但是,究竟出现在哪里,我们是无法确定的,我们只能预言概率而已。
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  • dzter
    2015-12-08 19:50:18 摘录自139-140页
    “哈哈。”海森堡嘲笑说,“你恐怕对你自己的波函数是个什么东西都没有搞懂吧?它只是在某个虚拟的空间里虚拟出来的函数,而你硬要把它想象成一种实在的波。事实上,我们绝不能被日常的形象化的东西所误导,再怎么说,电子作为经典粒子的行为你是不能否认的。”“没错。”薛定谔还是不肯示弱,“我不否认它的确展示出类似质点的行为。但是,就像一个椰子一样,如果你敲开它那粒子的坚硬的外壳,你会发现那里面还是波动的柔软的汁水。电子无疑是由正弦波组成的,但这种波在各个尺度上伸展都不大,可以看成一个‘波包’。当这种波包作为一个整体前进时,它看起来就像是一个粒子。可是,本质上,它还是波,粒子只不过是波的一种衍生物而已。”
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  • dzter
    2015-12-08 19:50:18 摘录自139页
    “波,只有波才是唯一的实在。”薛定谔肯定地说,“不管是电子也好,光子也好,或者任何粒子也好,都只是波动表面的泡沫。它们本质上都是波,都可以用波动方程来表达基本的运动方式。”“绝对不敢苟同。”海森堡反驳道,“物理世界的基本现象是离散性,或者说不连续性。大量的实验事实证明了这一点:从原子的光谱到康普顿的实验,从光电现象到原子中电子在能级间的跳跃,都无可辩驳地显示出大自然是不连续的。你那波动方程当然在数学上是一个可喜的成就,但我们必须认识到,我们不能按照传统的那种方式去认识它一一它不是那个意思。”“恰恰相反。”薛定谔说,“它就是那个意思。波函数在各个方向上都是连续的,它可以看成是某种振动。事实上,我们必须把电子想象成一种驻波的本征振动,所谓电子的‘跃迁’,只不过是它振动方式的改变而已。没有什么‘轨道’,也没有什么‘能级’,只有波。”
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  • dzter
    2015-12-08 19:50:18 摘录自138-139页
    到了1926年4月份,这种对峙至少在表面上有了缓和,薛定谔、泡利、约尔当都各自证明了,两种力学在数学上来说是完全等价的!事实上,我们追寻它们各自的家族史,发现它们都是从经典的哈密顿函数而来,只不过一个是从粒子的运动方程出发,一个是从波动方程出发罢了。而光学和运动学,早就已经在哈密顿本人的努力下被联系在了一起,这当真叫做“本是同根生”了。很快人们已经知道,从矩阵出发,可以推导出波动函数的表达形式来,而反过来,从波函数也可以导出我们的矩阵。1930年,狄拉克出版了那本经典的量子力学教材,两种力学被完美地统一起来,作为一个理论的不同表达形式出现在读者面前。但是,如果谁以为从此就天下太平,万事大吉,那可就大错特错了。虽然两种体系在形式上已经归于统一,但从内心深处的意识形态来说,它们之间的分歧却越来越大,很快就形成了不可逾越的鸿沟。数学上的一致并不能阻止人们对它进行不同的诠释,就矩阵方面来说,它的本意是粒子性和不连续性。而波动方面却始终在谈论波动性和连续性。波粒战争现在到达了最高潮,双方分别找到了各自可以依赖的新政府,并把这场战争再次升级到对整个物理规律的解释这一层次上去。
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  • dzter
    2015-12-08 19:50:18 摘录自136页
    现在,我们能够非常形象地理解为什么电子只能在某些特定的能级上运行了。电子有着一个内在的波动频率,我们想象一下吉他上一根弦的情况:当它被拨动时,它便振动起来。但因为吉他弦的两头是固定的,所以它只能形成整数个波节。如果一个波长是20厘米,那么弦的长度显然只能是20厘米、40厘米、60厘米……而不可以是50厘米。因为那就包含了半个波,从而和它被固定的两头互相矛盾。假如我们的弦形成了某种圆形的轨道,就像电子轨道那样,那么这种“轨道”的大小显然也只能是某些特定值。如果一个波长20厘米,轨道的周长也就只能是20厘米的整数倍,不然就无法头尾互相衔接了。从数学上来说,这个函数叫做“本征函数”(Eigenfunction),求出的分立的解叫做“本征值”(Eigenvalue)。所以薛定谔的论文叫做《量子化是本征值问题》,从1926年1月起到6月,他一连发了四篇以此为题的论文,从而彻底地建立了另一种全新的力学体系——波动力学。后来有人声称,薛定谔的这些论文“包含了大部分的物理学和全部化学”。在这四篇论文中间,他还写了一篇《从微观力学到宏观力学的连续过渡》的论文,证明古老的经典力学只是新生的波动力学的一种特殊表现,它完全地被包容在波动力学内部。
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