我一直对于物理学,以及对物理学的终极问题宇宙学非常感兴趣,于是这共计花了十五小时读了这本书。
而我对于宇宙的思考的结论就很简单:与你无相关的世界宇宙是定向发展的。其实是有点偏向于我思故我在的思想,不过我不会太陷于其中,我比较在意的是当下的生活,和眼前需要珍惜的人和事物。
当我第一次接触量子这个概念的时候,真的是难以接受,物质能量在传递的过程中是不连续的,而是一份一份的。它有个最小的量,比如我和你握手,你的手比我的手冷,我传递给你温度从微观上来说并不是连续不断的传给你的,是一份一份,以一个非常小的量进行传递的,这个最小的量有一个准确的物理常数,由此我甚至会想到时间可能也不是连续的,是有一个最小的量在一点一点往前推的,当然这只是我个人的联想。直到继续往后读书,才渐渐的能够接受量子的概念,更深刻的去了解了一些量子力学的知识。
以下是从书中总结的主要内容,足以概括故事发现的主线,作者以一种尊重科学的态度进行故事的串讲,非常生动,易懂。极少有晦涩难懂的内容,也大概了解了量子力学的基本面,当然了解的同时,你会更加的困惑,如果对于量子论你不是困惑的,说明你根本就不懂量子论,这也是本书内容阐述的其中一个观点。
1. “第一次波粒战争” 17世纪末-18实际初:胡克(波动说)—牛顿(微粒说)
2. “第二次波粒战争” 18世纪末-19世纪初:托马斯·杨的双缝衍射实验支持了波动说
菲涅尔通过数学推理证明了光的衍射问题—泊松亮斑
麦克斯韦的电磁学理论,由赫兹的电磁波实验证明
3. “两朵乌云”:
(1)迈克尔逊-莫雷实验:两束垂直光通过镜面返回时间相同(证明了以太不存在)—相对论
(2)黑体辐射问题:物体辐射频率与温度的关系—量子力学
4. 普朗克的黑体问题研究:必须假定,能量在发射和吸收的时候,不是连续不断,而是分成一份一份的(即量子)普朗克公式 E(单电子能量)=h(普朗克常数6.626*10-34J/S)*V
5. 光电效应:光线照射到金属表面会打出电子,而光的频率决定了能否打出电子,光的强度决定了打出电子的多少——爱因斯坦光量子解释,光也是量子的一种
6. 康普顿效应:X射线被电子散射后一部分波长变长——由于与电子碰撞,能量降低,根据E=hv,因此频率变低,波长变长。证实了普朗克的量子假设
7. 卢瑟福的原子行星模型:原子中心有一个占据大多数质量的原子核,周围有带负点的电子围绕一个特定轨道运行
8. 玻尔的量子化原子模型:由于任何元素在被加热时都会释放特定波长的光线(巴尔末公式),是由于原子内部只能释放特定的能量,即原子只能在特定的势能位置间转换,并可计算出不同电子轨道的“能级差”
9. 泡利不相容原理:没有两个电子能够享有同样的状态,而一个电子轨道所能包含的不同电子状态数量是有限的,原子间的相互反映使得形成分子后外层电子刚好处于饱和状态
10. 德布罗意波(相波):电子在以速度V0前进时,本身总是伴随着一个速度为C2/V0的波。之后被戴维逊和汤姆逊的实验证明(电子的散射衍射性质)
11. 海森堡的矩阵力学:不同于玻尔模型中只能计算出不同电子轨道间的“能级差”的计算方法,通过引入矩阵可以将电子的每一个准确的动量p和位置q用矩阵的方式表现出来,并进行计算(频率是通过两个能级的x,y函数表示的,因此结果是矩阵表格,位置同理)。海森堡的计算方式是基于两个能级间的光谱这一可以实际观测出的结论而不是基于能级差的假设——通过矩阵可以推导出。
12. 电子自旋:表示电子的四个量子数中的最后一个即电子的自旋,其具有1/2量子数(旋转两圈露出相同位置)——反常塞曼效应
13. 薛定谔的波动方程:当求解sinx=0时,x可以等于0,π,2π,……,nπ,sinx连续但解不连续,同理电子也可以被认为是某种波,它的解(电子势能)只能是整数,这种函数被称为本征函数(解为本征值)——从波动理论解释了电子能级问题
*波动方程与矩阵力学(粒子性)从数学角度是完全等价的
14. 波恩对于薛定谔方程的概率解释:电子本质上属于某种概率波,当单个电子通过双缝时,只会在屏上留下一个点,而当许多电子通过时,其会服从某种概率出现在屏上,形成干涉条纹(单个电子出现在哪个位置同样服从这一概率)
15. 不确定性原理:测定微观粒子的动量和位置时,对于一个量的测量会导致另一个量发生变化(测量电子的位置时,由于光子打在点子上才能测量,这个过程也改变了电子的动量),因此p*q≠q*p,先测量p和先测量q导致不同的结果,若p无线准确,则q的误差无限大
16. 玻尔-波粒二象性:电子既有波的特征,也有粒子特征,两种状态不会同时存在,表现出哪种特征由观察方式决定(14,15,16共同构成哥本哈根解释)
*电子原本在空间中以概率波的形式自由分布,随着观察而“坍缩”成某种特定状态
*哥本哈根解释并不是唯心主义,相反是唯物主义,其观点是只有可被观察的才是客观实在的,其理论可被数学严密推导,属于实证主义
17. 意识:理论上讲,人的意识来源于人体结构,而不管人体还是大脑,都是微观粒子的某种组合形式,因此如果这种组合形式可以被控制,那么复制体是否拥有意识?同样意识该如何被判定,动物有没有意识,或者说组合的复杂性达到什么程度才算意识
18. 参与性宇宙原理:惠勒的延迟实验表明,由于观测的存在而影响到了在此之前通过半透镜的光子,这符合哥本哈根解释中观测后的实际才是实际的观点。由此推论,宇宙现在的样子也正是由于智能生物的观测导致的(因为如果不是这个样子也就没有智能生物的产生而无法提出这个疑问),所以智能生物的“观察”使得宇宙必须是这个样子,即参与性宇宙。
19. 多世界理论(MWI):宇宙是一个处于无限维度的希尔伯特空间中的矢量态,而每一次当电子通过双缝时都各有通过左缝(左宇宙)和通过右缝(右宇宙)的两种情况,并不是宇宙分裂了,而是矢量态宇宙在不同三维空间内的投影,而我们处于一个宇宙的投影中只能观测到一种状态
20.退相干:在较低维度上,任意两条线相互垂直(不相干)的可能性较低,因此微观粒子的相干性较强,但一旦引入观察设备和观察者,其粒子数目就变得非常多,因而在更高维度内相互“退相干”
应用:量子计算机:通过量子比特间的纠缠,使1比特处于0和1的叠加态,从而实现比传统计算机大得多的计算能力(计算速度为2n)
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