北回归线的黎明
25-11-10 08:46

@【天体与物理学史上的今天】-公元1900年12月14日的今天,普朗克首创“量子论”,从此之后量子力学理论诞生。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。量子论概念认为即能量在发射和吸收的时候,不是连续不断,而是单个单位地进行。这就否定了作为微积分根本基础的连续性、平滑性假设——或者说,数学上的这种理想假设在物理学中并没有根据,后来的大量事实证明,量子是构成世界的基本组件。世界不是一个连续、平滑的世界,不连续性才是世界的本真面目。而由于这种量子非常细密,在宏观世界中才会体现出连续性的“假象”。这一天也被视为量子物理的诞生之日。此后,爱因斯坦提出了光量子假说,玻尔提出了电子运动的“行星模型”,这些假说都一一得到证明。经典力学的第一大基础——连续性,被彻底摧毁了。
很快,经典物理学的第二大基础——确定性也被完全摧毁。量子物理学家海森堡发现,对于一个电子而言,不可能同时既掌握其动量,又掌握其位置——掌握动量越精确,对其位置的掌握越模糊;反之亦然,这样的一对物理量被称为“共轭量”。海森堡得出了一个公式,这个公式表明,一对共轭量各自的误差之乘积,必然会大于一个常数,这就是说,假如掌握了其中一个物理量的精确信息,就要丢失另一个物理量的全部信息。这在经典物理学之中是不可想象的。1927年3月23日,这一发现在《物理学》杂志上发表,并被命名为“不确定性原理”,俗称“测不准原理”。这个原理的发现,宣告了经典物理学确定性基石的崩溃,在宏观世界,由于这个误差能够非常小,所以表现为一种确定性;但是,这种相对的确定性,确实是建立在不确定性或“测不准”的基础上的。
既然事物是不确定的,那么经典物理学的可预测性也失去了依据。量子物理学家薛定谔在认真研究电子的德布罗意波后,提出了著名的薛定谔方程。对于这个方程的解释,另一位量子物理学家波恩提出,方程所表示的是一种“概率波”,即电子本身并不会像波一样扩展开来,但是它出现的概率却是按照方程所表达的那种分布去展开。也就是说,每一个电子的行为是完全随机的,但这个随机分布的总的模式是确定的。就好比掷骰子——每次掷出的点数是完全随机的,但当拥有一个极大的样本时,就会发现掷出骰子每一个面的概率是差不多的。能够精确预言一切的豪情不复存在,人们所能知道的,只是电子有多大的概率(可能性)出现在某处。到了宏观世界,就好比说我们之所以会成为我们,只不过是由于组成我们的量子聚集在这里的概率很高,而在实质上却是完全随机的!——可预测性只不过是完全随机性的一种特殊表现罢了。
最后,绝对客观性,这个唯物主义哲学的自然基础,也被量子物理学的巨浪拍打的四分五裂。量子物理学家在不确定性原理的基础上,进一步发现量子的波粒二象性;另外,他们还发现,“测不准”的原因,正是由于人们的测量行为导致的。因为不论是活生生的人,还是各种各样的测量器具,它们归根结底都是由量子构成的,而一旦去用它们去观察、测量与实验,对于实验对象就会造成一个根本性的影响,从而彻底改变其原来的面貌。这就是说,世界呈现出什么样子,完全取决于人们用什么方法去观察、测量,而人们所采取哪种观测方法,又取决于人们的意识。当薛定谔用一只可怜的猫咪把这种微观世界的情况放大到宏观世界,情况就更加令人困惑:在人们的观察、测量行为之前,一切事物都处于一种多种可能性的叠加状态,就像薛定谔的猫那样,处于“又死又活”的叠加状态。而一旦人们去观测它,这种叠加状态迅速地变为一种确定的状态——打开盒子以后,薛定谔的猫咪必然要么是死了,要么是活着;电子要么呈现波的性质,要么呈现粒子的性质,其他一切可能性都变为了不可能,这种现象被称为“坍缩”。科学家冯·诺伊曼进一步提出,由于测量对象和测量仪器都是由量子构成,所以使用测量仪器去测量时,必会连同测量仪器本身呈现出一种不确定的叠加状态中,这种现象被称为“无限复归”。而打破这种局面的关键,在于人的观察,活着说人的认识能力,根本上就在于人的意识。只有人的观察,人对测量仪器读数的认识,才能造成坍缩——即不确定性变为确定性。提出这个理论的,是一个名叫尤金·维格纳的科学家,他因为提出了这一观点,获得了诺贝尔奖。
量子物理学揭示了一套完全不同的世界体系——在这里,构成世界的单位是不连续、成单元存在的量子,量子的运动是完全随机而不确定的,不确定是绝对的、必然的,确定性是相对的、偶然的;量子从根本上讲是无法预测的,但是它总的概率分布是可预测的;没有一个完全脱离人之外的、纯粹独立的客观世界,人的行为会对客观世界造成质的影响。这一革命,注定不仅仅是一次纯粹的科学革命,更是会掀起一场哲学革命——也必然会冲击到矗立于经典物理学基础上而发展出来的马克思主义哲学。#历史上的今天[超话]#

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