2018年/第40本--《尋找薛定諤的貓—量子物理的奇異世界》讀書筆記

《尋找薛定諤的貓—量子物理的奇異世界》,整書閱完

閱讀及筆記時間:2018年10月1日-2018年10月7日,約6小時;

閱讀書本:《尋找薛定諤的貓—量子物理的奇異世界》;作者:【英國】約翰·格里賓(譯:張廣才;校:趙曉玲;2015年6月第1版;海南出版社;P1-257頁;

閱讀目標:了解一些量子物理的原理,了解一些量子物理對日常生活有關的影響

閱讀方法:影像閱讀,快速閱讀

整書筆記及感想:

閱讀3小時,筆記3小時。

希望通過科學原理來解釋生活實踐中發(fā)生的一些事,故而再次拿起物理學的科普讀物。每次讀這些讀物雖然并不能非常明白,所幸的是每次都能朝目標進那么一點點。

薛定諤的貓是物理學家薛定諤設想的一個量子物理的實驗。這本書的作者無疑是一位懂得寫的科學家,他運用通俗的寫法向讀者展示了量子物理的產生、發(fā)展,其間新物理與老物理規(guī)則的碰撞,科學家們求真務實的態(tài)度,一次又一次的求索,既令我感嘆于科學之浩瀚深邃神奇,又令我感動于科學家們的執(zhí)著,沒有他們的執(zhí)著,世界科技又怎會日新月異?

量子物理的產生及發(fā)展

牛頓在300年前發(fā)現的運動三大定律及引力理論奠定了前200年經典物理在科學界的地位,由此科學走向了通往空間飛行、激光、原子能、基因工程、化學及其他一切的里程。

也是從牛頓開始,科學家們對光、原子、電子的研究、思考與觀點一步步地引發(fā)物理學的變革。比如,最初牛頓制造反射式望遠鏡的基本假設是光由微粒組成,而牛頓同時代的科學家惠更斯則認為光是一種,在那個年代(17、18世紀)缺乏檢測工具,因此微粒說是占上風的;到了19世紀,揚進行了光的雙孔干涉實驗,通過衍射映在阻擋屏上明暗相間的條紋,揚證明了光是,同世紀其他科學家也從不同角度證明了光的波動說;20世紀初愛因斯坦發(fā)表文章證明了原子的真實性,湯姆遜通過實驗發(fā)現電子是原子的一部分,盧瑟福創(chuàng)立了帶原子核的原子模型;普朗克認為原子內部的電子震蕩以一定尺寸的物塊釋放或吸收能量,這種物塊叫量子;1923年愛因斯坦確立了光的量子本性(光又回到粒子的說法);德布羅意從愛因斯坦推導的兩個描述光量子的方程出發(fā)展開討論,在這兩個方程中,描述粒子特性的項“能量和動量”出現在左邊,描述波動特性的項“頻率”出現在右邊,他提出了光子、電子、質子、中子的波粒二象性;至此,科學界又引起了波和粒子的爭論,這種爭論促使了新物理—量子力學的產生;玻爾將經典物理的外形(以原子作為小太陽系)與量子內涵(電子能量整塊躍遷)混合在一起產生了他的原子論,當然這不是真正的量子理論,可看作是是經典物理向量子物理過渡的產物;在普朗克量子說誕生26年后,新一代科學家(那些沒有經過經典物理學根深蒂固培培訓的科學家)如海森堡、狄拉克、泡利等,他們在前輩們普朗克、玻爾、愛因斯坦(第一次世界大戰(zhàn)期間,愛因斯坦將概率引進了原子理論,對他來說只是權宜之計,但正是這個概率的概念成了真正的量子理論的基石)的研究基礎上真正開創(chuàng)了量子力學。

經典物理與量子物理的不同

經典物理:根據牛頓的理論,如果我們能知道宇宙中所有粒子的位置和動量的話,我們就能預言未來的所有過程。

量子物理:我們不能同時精確地知道一個粒子的位置和動量(測不準),當我們觀測粒子時,狀態(tài)隨即改變。

玻爾的哥本哈根解釋:在經典物理當中,不管我們是否正在進行觀察,我們認為由相互作用的粒子所構成的系統(tǒng)例如鐘表機構都具有某種功能。而在量子物理當中,觀察者和系統(tǒng)之間存在相互作用,這種相互作用強到不能認為系統(tǒng)是孤立存在的。簡而言之,就是在經典物理中,我們能夠在時空坐標系當中精確地描述粒子的位置,并以同樣的精度預言它們的行為;而在量子物理中,我們沒有辦法同時精準測量位置與動量。

觀察這一活動本身會改變觀察對象!當我們進行觀察的時候,我們所獲得的結果是有限的(或者說是確定的),而當我們沒有觀察的時候系統(tǒng)正在做什么,我們卻是一無所知的。比如科學家惠勒就認為大爆炸和宇宙就是我們觀察過后的產物(形而上學的范疇)。

艾斯派克特小組通過實驗宣布“不可分隔性現在已經成為物理學中最一般的概念”,在某種意義上,曾經發(fā)生過相互作用的粒子將始終為同一系統(tǒng)的部分,構成我身體的這些粒子與構成你身體的粒子曾經靠得很近,它們相互作用,也就是說任何事物都與其他事物聯系著,宇宙是唯一一個整體。

可以通過“雙孔實驗”或“薛定諤的貓”來理解量子理論:即當我們觀察時,觀察這個行為亦構成了系統(tǒng)的一部分(它是一股神秘的力量),波函數坍塌為一個確定的態(tài)(是真實的),當我們沒有觀察時,它們的行為只能用概率來描述。

廣義相對論與量子力學(通常它們被認為是20世紀理論物理學的兩大成就,但實際上它們分屬不同的理論范疇):

廣義相對論:是利用純的時空協(xié)調(位置)和絕對的因果關系(動量)來描述世界,它屬于經典物理范疇,假設人們能同時知道這兩者。

量子力學:在量子圖像中,觀察者和系統(tǒng)相互作用,并且是系統(tǒng)的一個部分。在這里,時空協(xié)調的精度(位置)是以動量的不確定性、進而是以因果關系的不確定性為代價的。

當我們發(fā)現這兩種理論相沖突時,我們必須將量子理論作為對我們所生活的這個世界的最好描述。

量子力學的生活應用

量子力學在固態(tài)物理領域給我們提供了晶體管收音機、索尼隨身聽、數字式鐘表、袖珍計算器微機、可編程的洗衣機等等。

量子理論不僅局限于物理世界,現代的化學也可以用基本粒子規(guī)則來解釋,因為它是一門分子科學(分子包括我們的生命分子DNA),所以我們現在對生命本身的理解也植根于量子理論。很多物理學家都認為生物問題是另一種物理問題,一種處理復雜分子中大量原子的物理。

計算機技術、核設施、基因工程、激光都植根于量子力學。

作者對量子力學的解釋

除去結尾部分,作者的描述都是客觀而公正的,開放式地描述科學家們所做的各項實驗,并由此得出他們的結論。而在本書結尾,作者大膽地給出了自己對量子力學的解釋,他認為量子力學表明,這個世界存在許多的平行宇宙!在我們的世界,當我們觀察時,薛定諤的貓可能是死了,而在平行的宇宙里,貓活著,所以,貓死了與活著這兩件事都發(fā)生了,只不過不在同一個宇宙而已。所以,在量子的多世界中,我們通過參與而選擇出自己的道路,你看到的就是你所得到的!

閱讀印證生活實踐

很艱難,終于寫完了這篇筆記,閱讀的過程是我學習與梳理思路的過程,同樣的,寫筆記也是在再次梳理思路,由于見識有限,筆記可能未能完全真實地反映作者的思想(只是寫了我稍能理解的部分),但于我而言至少也對生活中的實踐有了更進一步的理論印證。

我在做冥想時,經常會觀察自己的意念,前一秒腦海中可能還是萬馬奔騰、思緒萬千,但當我凝神去觀察時,那個意念(或是那個圖像)消失了。我認為這或許可以用量子物理中觀察引發(fā)的坍縮來解釋,當然也有可能是胡亂聯系?這還有待于進一步學習。

還有關于量子躍遷,萬物一體,在生活中就是會有一些意念所及成真的事發(fā)生,有的時候事件很小,小到不以為意,但它確實會發(fā)生。我覺得它可能能用量子瞬間躍遷來解釋吧?

嘿,不管怎樣,去主動選擇吧,當你努力,至少有一半的概率是會發(fā)生你想要的結果的!


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