第一章看完了,之前也粗略看过,这次仔细看了。收获很大。
首先是明确了,量子力学到底在研究什么,其实就是一团模模糊糊的东西,经典力学中的模型都是很漂亮的,质点,质点系,刚体,都可以通过记录其每个时刻的确切位置,画出漂亮的轨线,就像日常生活中所见到的,物体运动总能看到他的运动轨迹,不会发生突然出现,突然消失的场景。但是,当深入到原子尺度,去研究电子的行为,就发现传统的做法就行不通了,电子,不管怎么去测量,都没办法确定他的轨迹,只能得到一个大致的范围。如果用照片在某一时刻去记录电子到底在哪,也只能得到一大堆的散乱的点。电子到底在哪,说不清楚。但是根据观测的结果,可以看出一些疏密分布,点越密集,电子就越容易出现在这里。
于是,为了建立一个理论就使用了概率的说法,来解释这种现象。
然后是叠加原理,如果只是说电子的位置找不到,那么什么也做不了了,这就没办法建立理论了,于是,在大量观察的基础上总结出了这样的规律,首先是所谓的态,虽然不能精确的确定某一个物理量,但是,这些物理量的取值范围总是能给出的,这个范围内所有可以取的值就叫做态,这个态就有很多,有的是离散的,像能量,测量出来总是那几个值,假设就是1,2,3...在这中间的值从来没有测到过,这样的值是不挨的,就是离散了,可以直接理解为构成一个可数集,而有的物理量,取值就没这么多限制,像坐标,取1,1.4,1.41,...都是完全可以的,这样能够构成不可数集的取值就是连续的。连续的态的数目就更多了。虽然态有这么多,但是,发现这些态遵循叠加原理,任意两个态的线性组合,测量后得到的值却只能是这两个态中的某一个,不会出现别的态。经过数学抽象,就变成了这样子,首先是测量某个物理量,就变为了用该物理量的一个函数称为算符作用到电子的波函数上,具体的格式是用双线性的积分来表示的,反正最后能得到一个值,就是测量结果了,因为这个叠加原理,所以这个算符就不能是任意,只能是线性的,称之为线性算符,或者说线性泛函。这样,就能得到很多有用的结果,因为这种天然的线性,于是就和线性空间的理论联系起来了,但肯定不是线性代数,因为涉及复数,无穷维,所以是高级的线性代数,也就是泛函分析的东西,虽然现在还没能去看,不过物理一般用不到多少高深的东西。
中间巴拉巴拉一堆完备了,正交了,函数组,这些东西,也很难去说。毕竟不自己去推也没什么感受。都是算出来的,不是想出来的。然后就是算符的加和乘,什么共轭,转置,逆,厄米共轭,这都是细节,都是为了计算做准备的。厄米性就是取实数值的物理量对应的算符的性质,说穿了就是实数取共轭数值不变。
然后是谱,什么离散谱,连续谱,就是前面说的态,可数集的就是离散谱,不可数集的就是连续谱,还有连续中夹着离散的奇怪的东西。不过也没什么区别。离散就用有限维线性空间理论,视为基函数的线性组合,连续就用无穷维的理论,变为基函数与分量的积分。然后就引入了狄拉克德尔塔函数,是一个广义函数,这一块感觉和积分理论联系就很大,什么测度,分布啦。不过物理用不着这样严密,一般都是经典情形应用。然后引入了表象的说法,我感觉就是向量空间与对偶向量空间的那一套,之前学张量的时候理解起来确实很费事啊,反正包起来就行了,不就是两组互为正交的基嘛,满足正交性的东西罢了。也就算的时候多了一个好用的式子,至于具体是什么,谁知道呢,四维都想不出来,更别说无穷维的对偶空间了。纯粹的去处理他就行了。
经典极限情形,这一块倒是给出了一个比较好模型,一个完全量子化的电子就是一个一团东西,占了一些空间,还有不确定的速度,但是就像光一样,把光看作波的时候,他就是占了一些空间,不知具体在哪的东西,速度姑且还是知道的,看作粒子的时候,就是一条光线,这中间是怎么转化过来的呢?因为观测尺度不一样,用肉眼看,就是一条光线,或者说一维的线,但是,拿个放大镜,会发现这一条线其实还是有截面积的,光到底在哪就搞不清楚了,不过是之前观察的很粗糙,和大的东西相比,就感觉没有厚度,而和小的东西比较起来就又有厚度了。所以,电子不也是这样的,把他和一支笔来比较,自然是一个点,但是把他和原子比较,就发现在小小的范围里面根本不知道他在哪。所以,当我们随意的指,电子不就在这吗,我们指的范围其实非常大,估计是一个ccm,立方厘米,这么大的范围,电子被原子束缚着,怎么都跑不出去,但是,你放大放大在放大,到c,nm,立方纳米范围,电子就变成一团了。
最后是测量的不可逆性,永远不可能确切的知道一个电子现在是什么态。一个电子,你不去动它,虽然说不知道他处于什么态,是高能,低能,还是别的,但是总能认为他就在一个确定的态下,这时候,你想用这个电子做个实验,那就必须去初始化,也就是测出他的状态,一番碰撞下来,测出他之前所处的状态了,但是,你去碰他,导致他的状态发生了改变,现在他是什么态呢?又不知道了,只知道测量前他是测出的那个态,可是,每次动他一下,他就变一下,永远只能知道他过去在什么态,却不知道现在在什么态。这就很无奈了。其实这也否定了预言未来的可能性,想要知道未来,就必须知道现在,但是现在是不可知的,只能知道过去,每次想要去了解现在而做出的行动,都会导致一个新的未来。不过,这东西也就图一乐,无聊的时候想一想就罢了。这种推理,忽视了物理系统的稳定性,过于强调随机因素,但是,大家都知道,一个微小变动带来的蝴蝶效应毕竟是少数,大部分时间未来还是可大致估计的。
第一章就完结了,没想到写了这么长,最烦的就是那种不去了解,整天以讹传讹的,在那深化量子力学,非得变成一种高深莫测,只能崇拜的对象,理论弄出来就是用的,就是给人学的,没必要去神化他。这东西神秘吗?还真没啥神秘的,甚至感觉有点无聊,归结为既定数学推导的东西都挺无聊的,希望后面能有让人眼前一亮的东西,超乎想象,超乎理解的才是让人感兴趣的东西。
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