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二十二节 普朗克的量子假说
作者:陈少毅 来源:本站原创 点击:103次 评论:0

   作者简介:陈少毅,汉族。1962年5月4日出生,大学本科学历,中教高级职称,高级中学教师,现已退休。


一、普朗克的量子假说介绍

1900年,德国柏林大学教授普朗克首先提出了"量子论"。1900年12月14日,普朗克在柏林的物理学会上发表了题为《论正常光谱的能量分布定律的理论》的论文,提出了著名的普朗克公式,这一天被普遍地认为是量子物理学诞生的日子。 马克斯·普朗克(1858年-1947)在1900年首先形成了他的量子论。这一理论如同5年后爱因斯坦发表的相对论一样,对物理学产生了深远的影响。

我们现在的文明都建立在量子理论之上。

尽管量子力学是为描述远离我们的日常生活经验的抽象原子世界而创立的,但它对日常生活的影响无比巨大。没有量子力学作为工具,就不可能有化学、生物、医学以及其他每一个关键学科的引人入胜的进展。没有量子力学就没有全球经济可言,因为作为量子力学的产物的电子学革命将我们带入了计算机时代。同时,光子学的革命也将我们带入信息时代。量子物理的杰作改变了我们的世界,科学革命为这个世界带来了的福音,也带来了潜在的威胁。

或许用下面的一段资料能最好地描述这个至关重要但又难以捉摸的理论的独特地位:量子理论是科学史上能最精确地被实验检验的理论,是科学史上最成功的理论。量子力学深深地困扰了它的创立者,然而,直到它本质上被表述成通用形式的今天,一些科学界的精英们尽管承认它强大的威力,却仍然对它的基础和基本阐释不满意。

马克斯·普朗克(MaxPlanck)提出量子概念100多年了,在他关于热辐射的经典论文中,普朗克假定振动系统的总能量不能连续改变,而是以不连续的能量子形式从一个值跳到另一个值。能量子的概念太激进了,普朗克后来将它搁置下来。随后,爱因斯坦在1905年(这一年对他来说是非凡的一年)认识到光量子化的潜在意义。不过量子的观念太离奇了,后来几乎没有根本性的进展。现代量子理论的创立则是崭新的一代物理学家花了20多年时间建立的。

量子物理实际上包含两个方面。一个是原子层次的物质理论:量子力学,正是它我们才能理解和操纵物质世界;另一个是量子场论,它在科学中起到一个完全不同的作用。

量子力学意味着什么?波函数到底是什么?测量是什么意思?这些问题在早期都激烈争论过。直到1930年,玻尔和他的同事或多或少地提出了量子力学的标准阐释,即哥本哈根阐释;其关键要点是通过玻尔的互补原理对物质和事件进行概率描述,调和物质波粒二象性的矛盾。爱因斯坦不接受量子理论,他一直就量子力学的基本原理同玻尔争论,直至1955年去世。

关于量子力学争论的焦点是:究竟是波函数包含了体系的所有信息,还是有隐含的因素(隐变量)决定了特定测量的结果。60年代中期约翰·S·贝尔(John S. Bell)证明,如果存在隐变量,那么实验观察到的概率应该在一个特定的界限之下,此即贝尔不等式。多数小组的实验结果与贝尔不等式相悖,他们的数据断然否定了隐变量存在的可能性。这样,大多数科学家对量子力学的正确性不再怀疑了。

然而,由于量子理论神奇的魔力,它的本质仍然吸引着人们的注意力。量子体系的古怪性质起因于所谓的纠缠态,简单说来,量子体系(如原子)不仅能处于一系列的定态,也可以处于它们的叠加态。测量处于叠加态原子的某种性质(如能量),一般说来,有时得到这一个值,有时得到另一个值。至此还没有出现任何古怪。

但是可以构造处于纠缠态的双原子体系,使得两个原子共有相同的性质。当这两个原子分开后,一个原子的信息被另一个共享(或者说是纠缠)。这一行为只有量子力学的语言才能解释。这个效应太不可思议以至于只有少数活跃的理论和实验机构在集中精力研究它,论题并不限于原理的研究,而是纠缠态的用途;纠缠态已经应用于量子信息系统,也成为量子计算机的基础。

今天,寻求对物质终极本性的理解成为重大科研的焦点,使人不自觉地想起创造量子力学那段狂热的奇迹般的日子,其成果的影响将更加深远。现在必须努力寻求引力的量子描述,半个世纪的努力表明,QED的杰作--电磁场的量子化程序对于引力场失效。问题是严重的,因为如果广义相对论和量子力学都成立的话,它们对于同一事件必须提供本质上相容的描述。在我们周围世界中不会有任何矛盾,因为引力相对于电力来说是如此之弱以至于其量子效应可以忽略,经典描述足够完美;但对于黑洞这样引力非常强的体系,我们没有可靠的办法预测其量子行为。

二、疑点:

1.统计是对过去发生过的事件进行统计,得到这件事的发生规律,得到规律后对今后这件事进行指导。概率是统计得到的结论,所以概率只能说明可能性有多大,它不能确定现实。比如根据统计分析我国的平均年龄是73岁,那么你哪天死,怎么死,统计也不知道,统计是不能决定你的死活。所以统计不能决定现实,更不能决定未来。

2.微观粒子的能量是不连续的,是量子化的,为什么不连续?为什么量子化?我们现在发现了粒子的能量是量子化的,不等于我们认识了能量的量子化,了解了能量的量子化。

3.我们只是发现了粒子的叠加态,还没有真正了解粒子的叠加态,粒子为什么要叠加?如何叠加?

4.我们只是发现了粒子的纠缠态,还没有真正了解粒子的纠缠态,粒子为什么会纠缠?如何纠缠?纠缠是通过什么来联系的?什么都不知道就大肆宣扬纠缠,神话纠缠。


更新:2020/10/17 7:02:09 编辑:fengyefy
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