1700931500
想象一群喝醉酒的犯人,他们摇摇晃晃地走过一个有着两扇门的地牢到外面去。狱卒很细心,从不会打开一扇门,由于某些犯人喝醉了酒,可能会偶然地找到出路。但是两扇门都打开时,他会感到不安。因为当打开两扇门时,由于某种神秘的魔法,阻止醉汉逃出去。当然,这并不是对真实的犯人所发生的情形,但它是量子力学有时会预测的一类事情。
1700931501
1700931502
当光被看作粒子时,这个效应是异乎寻常的,然而将光看作波就很普通了。从两个缝发出的两列波在某些点相互加强,某些点相互抵消。在光的波动理论中,暗条纹是反相消所导致的,要不然称作是相消性干涉。现在仅有的问题是光有时候确实像粒子。
1700931503
1700931504
量子力学中的量子
1700931505
1700931506
电磁波是振动的一个例子。空间中每一点的电场和磁场以一定的频率振动,频率依赖于辐射的颜色[42]。自然界中还有许多其他的振动,下面是几个常见的例子。
1700931507
1700931508
·钟摆。钟摆来回地摆动,它完成一个完整的摆动大约需要1秒钟。这样的摆动频率是1赫,或者说是每秒1周。
1700931509
1700931510
1700931511
1700931512
1700931513
·通过弹簧悬挂在天花板上的重物。如果弹簧较硬,那么振动的频率可达好几个赫。
1700931514
1700931515
·振动的音叉或者小提琴的弦,均可达到几百赫。
1700931516
1700931517
1700931518
1700931519
1700931520
·电路中的电流,可以达到更高的振动频率。
1700931521
1700931522
1700931523
1700931524
1700931525
通常人们将振动的系统称为振子。振子具有能量,至少当它们振动时是这样。在经典物理学中,振子的能量可以取任意值。我在这里所指的是,你可以按照你的喜好以一个光滑的斜面方式取所期待的任何值。下图表示了能量随着你所想象的斜率而增大[43]:
1700931526
1700931527
1700931528
1700931529
1700931530
然而事实证明,在量子力学中能量以不可分割的台阶形式增减而出现。当你试图逐渐增加振子的能量时,所得到的结果是一架楼梯而不是光滑的斜坡,能量只能以能量量子的倍数增加。
1700931531
1700931532
量子单位的大小是多少呢?这依赖于振子的频率。规则与普朗克和爱因斯坦发现的光量子规则完全相同:能量量子E等于振子的频率f乘以普朗克常数h。
1700931533
1700931534
E=hf
1700931535
1700931536
对普通振子而言,例如钟摆,频率不是非常大,台阶的高度(能量量子)非常小。在这种情况下,阶梯图形是由这样的微小台阶组成的,它像一个光滑的斜坡。这就是你永远无法在日常经验中注意到能量量子化的原因。但电磁波可以有非常大的频率,台阶可以非常高。事实上,正如你可能已经推测到的,增加一个台阶高度的电磁波的能量,等同于把一个光子加到光束中。
1700931537
1700931538
对于一个仅有经典装备的大脑而言,能量只能以不可分割的量子增加的事实,似乎不符合逻辑,但这确实是量子力学所蕴含的结果。
1700931539
1700931540
量子场论
1700931541
1700931542
拉普拉斯在18世纪关于世界的图景是冷冷清清的:粒子,只有粒子,在牛顿体制的方程所要求的轨道下,不可变更地运动着。我希望我可以报告,现今的物理学为实在提供了一个温和的、模糊的图景,但恐怕我难以做到,依然只有粒子,但它有了现代的变形。决定论铁一般的规则已经被量子随机性的任意规则所代替。
1700931543
1700931544
1700931545
1700931546
1700931547
代替牛顿运动定律的新数学框架称为量子场论,在它的支配下,自然界中的所有基本粒子从一点移动到另一点,碰撞、分裂和重组。量子场论是由世界线组成的巨大网络,连接着不同的事件(时空点)。这个由点和线组成的巨大的蜘蛛网的数学无法用外行的语言,来轻易地解释,但是它的要点还算简单明了。
1700931548
1700931549
在经典物理中,粒子沿着确定的轨道从时空中的一点运动到另一点。量子力学为它们的运动引入了不确定性。尽管粒子沿着不确定的轨道,我们仍可以认为粒子在时空点之间运动。这些模糊的轨道称为传播子。我们通常用时空事件之间的线来代表传播子,但这仅仅是因为我们无法画出真实的量子粒子的不确定性运动。
[
上一页 ]
[ :1.7009315e+09 ]
[
下一页 ]