2008年3月4日 星期二

量子力學的簡述

量子力學的影響力無遠弗屆,它帶來了我們科技的猛進,但它構建的基礎與我們常識大相逕庭,簡直可以說是不可理喻的,當時它的發現及推廣,也震動了整個科學界,連愛因斯坦等人也對它大肆抨擊,不過,經歷了八十年多的光景,它依舊屹立不倒,而且一一證實它的預言,更令大家更相信量子力學的真確性,那讓我簡介量子力學怎樣奇怪地影響世界吧,請讀者看完有心理準備,不會因此發瘋吧,因為構建我們看到的物質的微觀世界是何等奇怪呢,可以說是亂來吧

其實量子力學的誕生,是因為光子波粒二象性的爭論而發現的,大家也一直詢問光子是粒子抑或 是波呢,但是上天似乎玩弄大家一樣,光電效應顯示出光子有粒子的特性,光子也可以在著名的 雙夾縫實驗做出干涉條紋,誰知,原來電子也與光子有同樣的特性,而支持波動說的薜丁格和支 持粒子說的海森堡分別發現不同的方程去解釋原子光譜的產生,雖然兩者本身的基礎是不一樣, 但奇怪的是兩者的預言都是準確,而且具有數學的同等性.然而,海森堡的矩陣方程及薜丁格的 波函數方程的背後意義,就是量子力學的基石~隨機性,測不準原理.



原來我們不能準確測出電子的軌跡,薜丁格的波函數方程只是描述電子在某個位置出現的機率,而不是確定位置(連薜丁格本人也不知道背後的意義,率先提出這意見是波恩,又是德國人!),單電子通過雙夾縫,背後的顯示屏不會出現干涉條紋,只會出現一點,但每次實驗也會出現在不同的地方,但經過大量實驗,某地點會出現多一些,某地點會出現少一些,可見我們不能預測電子的真正位置,只能夠預言機率而己,另外,海森堡就獨自鑽研矩陣方程的背後意義,為什麼p x q 不等於 q x p,這是什麼意思?!最後他發現了測量出現了問題(看來海森堡比薜丁格聰明,哈哈,說笑而己,因為海森堡是改革派,不過又是德國人,可見這國家當時的科學水平!),我們測量微觀世界(例如電子)的事物要將光子射往你想看到的東西,再反彈到你的眼睛,這大大影響了電子的動量,因為光子對電子來說,能量太大了,不知撞到那裡去了,相反如果你準確地計算該電子速度,就不能準確地計算該電子的位置,海森堡也發現了這關係的公式△p x △q >h/12.56,可見測量位置及速度的準確性是互相影響的.

有人認為這是科技不夠發達才會造成這樣的結果,但是量子力學表明隨機性及測不準原理根本就是 物理界的屬性,是世界的基礎.正因為這樣,量子力學打碎了被譽為客觀,決定論支配的科學,另外量子力學也產生了千奇百怪的問題,例如薜丁格之貓的話題,因為量子力學說沒有測量之前,一個粒子的狀態模糊不清,處於各種可能性的混合疊加,而薜丁格就想像一隻貓放在盒中,裡面有一個放射性原子裝置和毒氣樽,當那個原子放出一個中子出來,那個樽就會爆破,貓就會因此而死亡 ,根據量子力學的推論,因為沒有觀測,原子處於不確定的(衰變/不衰變)狀態,因此貓也處於不確定的狀態,即處於一個死/活組合之中,其實這問題是將微觀世界放大到我們較為宏觀的世界之中,指出量子力學的不合理性,但是我們經驗到的世界完全與微觀世界大大不同,顯得實實在在 ,沒有一點奇幻的感覺,這是什麼原因呢?!其實量子力學暗示了我們不去觀測,世界對於我們來說就沒有意義,而且世界本來是什麼也是毫無意義(例如電子究竟是波抑或粒子),我們想知道的只是大自然給我們看到的是什麼,而不是大自然本身是什麼,不過科學家精神永不停息,大家也試圖解釋奇怪的微觀世界怎樣演化至正常的宏觀世界,這無辦法不進入形而上學的泥沼之中,例如要運用意識(其實意識,不是科學上歧視這個字,只是現在科學界對它難以定義,就暫時當它是哲學化的名詞吧)這個名詞,意識令到世界的物質變得實在?!而一些人就避開唯心的論調,嘗試以較科學解說,有些就將整個宇宙拖下水,每種不同的情況,都會產生不同的宇宙,包含所有可能性,就是著名的多宇宙論....還有隱變數理論,系綜等等,都各有支持者,不過暫時都未能證實的

量子力學簡直是宇宙中的一種魔法,無中生有絕對可以在這裡出現,我們的世界就是構建在這種基礎上,是不是很奇怪呢,究竟量子力學的繼續探究,在科技上,在哲學人生上會帶來什麼重大的影響呢?!我己經受到影響了.....物我合一......或者我明白什麼叫經驗自己的創造了