閱讀時間:2016年4月9日,21:00-22:00,1小時;
閱讀書本:《量子宇宙》,作者:【英】布萊恩·考克思、杰夫·福修;重慶出版集團(tuán),重慶出版社P23-P42;
閱讀目標(biāo):了解有關(guān)量子力量的基礎(chǔ)知識,擴(kuò)充我的物理學(xué)認(rèn)知
閱讀方法:細(xì)讀
閱讀感想:
今天的閱讀在試圖逐字理解這些基本概念。結(jié)合實際生活與概念,有以下兩個感悟:
1、“粒子的運(yùn)動遵循概率規(guī)律,但概率本身的傳播是根據(jù)因果關(guān)系定律。”
我的理解是,生活就是正在遵循這樣一個概率規(guī)律,你做A事件,有可能導(dǎo)致B事件的發(fā)生,也有可能導(dǎo)致C事件的發(fā)生,D、E…但是,并不確定,只是導(dǎo)致B事件的發(fā)生有一個概率,C、D、E…都一樣,都只有一個概率。
但是,針對這些可能的事件結(jié)果(B、C、D、E…)的概率傳播卻又遵循著因果關(guān)系定律。比如,你付出愛會得到愛,你努力會有成果,你不努力天上不會掉餡餅…這是因果關(guān)系。所不確定的,是其結(jié)果產(chǎn)生的程度,有大概率事件,也有小概率事件罷了。
2、“粒子可能在一瞬間躍遷到任何地方和每一個地方。我們的粒子將同時既近在以納米為距離的地方,也遠(yuǎn)在10億光年的遙遠(yuǎn)星系中的一顆恒星的核心?!?/p>
我的理解是,我們普遍理解的傳播是象汽車行駛、飛機(jī)行駛、光速傳播…這樣子的,就是它們的移動都是連續(xù)的,只不過速度的快慢罷了。但是,粒子的躍遷,顯然不是連續(xù)的。假設(shè)我們正在對一個PDF格式的100頁的文章翻頁,傳統(tǒng)我們理解的移動就好像是用鼠標(biāo)滾輪在翻頁,是有連續(xù)性的;而躍遷就好像是在搜索頁中輸入第X頁,一下就跳到了那一頁,是沒有過程的……一下就躍遷過去了,它剛才還在眼前,瞬間就已在另一個星球……量子宇宙的世界就是這么神奇,它吸引我想更多地了解。
閱讀筆記:
第三章,粒子是什么?
理查德·費(fèi)曼不僅建立了量子力學(xué)的最簡單的公式,他還能夠把他對物理學(xué)的深刻理解寫到紙面上,并且以無與倫比的清晰和最少異議地講解出來。
我們會將這些直覺的、散開的,然后像點一樣的粒子稱為“量子粒子”。
雙縫實驗將電子的行為和波的行為連接在一起。在波長最長的地方最可能找到電子,在波長最短的地方最不可能找到電子。當(dāng)這個波最終達(dá)到屏幕時,出現(xiàn)的一個小點告訴我們電子的位置。該電子波的唯一作用是讓我們計算電子擊打屏幕某個特定位置的幾率。
為了得到干涉條紋,需要讓波通過兩個狹縫,這意味著必須容許電子采取所有可能的途徑從源跑到屏幕。換句話說,當(dāng)我們說電子“在波內(nèi)的某處”,我們實際是想說它也同時無處不在,在波的每一個地方。
“電子怎樣到達(dá)屏幕”的正確答案,是“它沿著無限多條可能的途徑行進(jìn),有一些通過上狹縫,有一些通過下狹縫”。
顯然電子不是一個普通的、日常的粒子。這就是它是量子粒子的意思。
我們也可以用指向中間時間的時鐘代表波峰和波谷之間的波的位置,就像我們?yōu)樾略潞蜐M月之間的月亮相位所做的那樣。兩個相繼波峰或兩個相繼波谷之間的距離是一個重要的數(shù)值,它叫做波長。
我們想象電子波“像水波一樣”傳播,這個波像水波一樣傳播和干涉。
在一個量子粒子的情況下,場要更復(fù)雜,因為它在每一個點需要一個時鐘鐘面,而不是一個單一的數(shù)字。這個場通常稱為粒子的波函數(shù)。
用物理學(xué)的術(shù)語,這里所以要用時鐘是因為波函數(shù)是一個“復(fù)數(shù)”場。
如果我們決定將我們對宇宙的描述僅僅限制在可以直接感知的事物上,在物理學(xué)上我們就不會走得更遠(yuǎn)。
希臘符號“普西”,代表波函數(shù),薛定諤方程描述它如何隨著時間變化。
量子理論,在20世紀(jì)20年代中期有一個“男孩物理學(xué)”的昵稱,因為太多的關(guān)鍵人物是年輕人。
波恩因為對波函數(shù)的解釋,在1954年獲得了諾貝爾物理學(xué)獎,他的基本解釋是:在一個特定點,時鐘指針長度的平方代表在該處發(fā)現(xiàn)粒子的概率。
假設(shè)理論認(rèn)為在某個點找到一個粒子的幾率是0.01(因為在這一點時鐘的指針長度為0.1),那么當(dāng)我們圍繞這點豎立盒子時,在100次當(dāng)中要有一次在這個盒子中找到這個粒子。
量子理論的概率,我們即使在原則上也不能預(yù)測粒子將會在什么地方。
我們可以絕對精確地預(yù)測的,是在一個特定的地方發(fā)現(xiàn)粒子的概率。
更重要的是,我們可以絕對精確的預(yù)測,概率如何隨時間變化。
波恩在1926年完美地表達(dá)了這一點:“粒子的運(yùn)動遵循概率規(guī)律,但概率本身的傳播是根據(jù)因果關(guān)系定律。”
牛頓定律允許我們計算粒子在任何特定時間內(nèi)的位置和速度,量子力學(xué)可以讓我們計算在一個特定的地方發(fā)現(xiàn)它們的概率。
理論和實驗進(jìn)展表明,大自然真的是用隨機(jī)數(shù),在預(yù)測粒子位置中確定性的喪失,是一種物理世界的內(nèi)在特性:概率是我們所能做得最好的。
第四章,什么事情都可能發(fā)生
時鐘從一個時刻到下一個時刻是如何變化的。這一規(guī)則將替代牛頓第一定律,以便讓我們能夠預(yù)測,如果讓一個粒子單獨(dú)存在它會怎樣。單個時鐘代表位于空間一個特定點的一個粒子,粒子在稍后時候,可以在宇宙間的任何別的地方。
如果我們從時間為零的位于一定位置的一個粒子開始,那么在“零時間上再加一點點”后,我們應(yīng)該畫一個大量的、事實上無限多的新時鐘陣列,充滿整個宇宙。這就承認(rèn)粒子可能在一瞬間躍遷到任何地方和每一個地方。我們的粒子將同時既近在以納米為距離的地方,也遠(yuǎn)在10億光年的遙遠(yuǎn)星系中的一顆恒星的核心。
一個粒子躍遷穿過宇宙的相應(yīng)的動力學(xué)與信息傳播是完全不同的,因為我們事先不知道粒子要躍遷到哪兒。
當(dāng)我們展開這本書時,我們看到在日常世界中的秩序,真的是從這種極其荒謬的行為中產(chǎn)生的。
許多問題太困難了,以致不能在一次的智力的飛躍中解決,深刻的理解很少出現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)它的時刻。訣竅是要把確保你理解的每一小步,在足夠數(shù)量的步驟之后就會更全面、更深刻地理解它。
初始設(shè)置的時鐘用一個小圓圈代表,箭頭表示粒子從每一個初始時鐘的位置躍遷到X點,在這個過程中“放置”一個新的時鐘。當(dāng)然,這就為每一個初始時鐘在X點提供了一個新的時鐘,并且我們必須把所有這些時鐘疊加在一起,以便在X位置構(gòu)建最終的、確定的時鐘。這個最終時鐘指針的大小,給出我們在稍后的時間在X點找到粒子的幾率。
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