量子力學(xué)作為當代物理學(xué)的兩大支柱,最早是從普朗克為了解決黑體輻射提出的能量量子化開(kāi)始的,后來(lái)發(fā)展出愛(ài)因斯坦的光量子學(xué)說(shuō)、玻爾的氫原子模型、海森堡的不確定原理以及薛定諤的波動(dòng)方程,再到后來(lái)發(fā)現量子糾纏等現象。量子力學(xué)由于顛覆了經(jīng)典物理學(xué)的自然哲學(xué)思想,以及人們對于自然界的常識化認知,的確會(huì )從幾方面對學(xué)習者的世界觀(guān)產(chǎn)生一定的影響:
普朗克1900年在德國物理學(xué)會(huì )首次公開(kāi)發(fā)表能量量子化的假說(shuō)。在那之前,人們認為能量的傳播、空間與時(shí)間的變化、乃至物質(zhì)的構成,都應該是連續而緊密的。但當普朗克用E=hv的公式描述能量傳播并成功解釋了黑體輻射現象后,量子力學(xué)的大門(mén)便被逐漸打開(kāi),后來(lái)愛(ài)因斯坦將其運用在光學(xué)提出光量子學(xué)說(shuō),成功解釋光電效應,并被康普頓用散射實(shí)驗所證明(愛(ài)因斯坦的諾貝爾獎來(lái)源于此);玻爾在此基礎上提出玻爾氫原子模型,成功解釋了譜線(xiàn)分立現象并和巴耳末的經(jīng)驗公式非常好地擬合在一起。至此,學(xué)術(shù)界不僅承認了能量傳播的非連續性,發(fā)現就連電子的躍遷、粒子的狀態(tài)也是非連續的。而理論上推測,就連空間和時(shí)間也可能存在最小的變換,即普朗克尺度與普朗克空間。
這種非連續性的發(fā)現打破了人們在經(jīng)典物理建立的自然觀(guān)。世界可能更像一片沙灘,遠看是連在一起的,走近才發(fā)現,它們都是由一粒一粒細沙構成。
要說(shuō)非連續性的世界還讓人可以接受,但一個(gè)不能精準預測和確定的自然界,則是量子力學(xué)的結論中讓人難以接受的部分。哥本哈根學(xué)派是這一學(xué)說(shuō)的主要支持者,其重要成員海森堡在1927年提出的“不確定原理”,在理論上證明“粒子的動(dòng)量與位置不能同時(shí)絕對精準的測量,其誤差的乘積大于等于h/4pi”,這個(gè)重要結論是理論演算的結果,并不是實(shí)驗誤差,是永遠無(wú)法克服的客觀(guān)存在的定律。另外,態(tài)疊加原理也令人十分糾結,這一理論認為,粒子總是可以處于一種多個(gè)獨立狀態(tài)疊加在一起的復合狀態(tài)中,只有當測量它時(shí),才會(huì )塌縮在某一個(gè)本征態(tài)中。愛(ài)因斯坦非常反對這一學(xué)說(shuō),并說(shuō)出“上帝不擲骰子”這句名言;同陣營(yíng)的薛定諤也在1935年提出“薛定諤的貓”這一著(zhù)名的假想實(shí)驗,試圖反駁這種看似荒謬的理論,但最后反而成為了態(tài)疊加原理的一種廣泛而通俗的解釋。
其實(shí),二十世紀的物理學(xué)與哲學(xué)的發(fā)展成果,都在否定著(zhù)絕對確定論的觀(guān)點(diǎn),拉普拉斯妖那種“只要精確知道當下的所有便可精確預知未來(lái)”的設想,在量子力學(xué)與混沌理論、哥德?tīng)栐淼某晒滦嫫茰?。世界是不確定的,但也許充滿(mǎn)未知才會(huì )更加精彩。
一個(gè)粒子可以穿過(guò)高于其能量的勢壘(量子隧穿效應);一對粒子在極遠的距離卻可以在極短的時(shí)間感應對方的動(dòng)作并作出相應的變換(量子糾纏效應)……這些都是量子力學(xué)的神奇效果。如今,許多分子級以下層面的反應都發(fā)現了隧穿效應的存在;我國的墨子號通訊衛星也開(kāi)始利用量子糾纏效應進(jìn)行最先進(jìn)的加密通訊研究(雖然受到了很多質(zhì)疑)……
不管我們是否接受,量子力學(xué)的成果已經(jīng)跨越了物理學(xué)本身,在哲學(xué)思想、科技發(fā)明等等方面,影響我們的觀(guān)念,影響我們的生活……
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