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如果没有量子力学的不确定性,那我们将是宇宙这台机器内的小齿轮
来源:互联网   发布日期:2019-05-16 15:14:14   浏览:16325次  

导读:我们知道经典物理学为我们阐述了一个确定性的由因果律掌控的世界观。如果一个物体的初始条件确定,那么它就会有一个确定的运动状态,甚至我们可以预测它未来的状态。...

我们知道经典物理学(旧物理学)为我们阐述了一个确定性的由因果律掌控的世界观,如果一个物体的初始条件确定,那么它就会有一个确定的运动状态,甚至我们可以预测它未来的状态。这种机械式的决定论会给我们带来一个消极的宇宙观,如果大爆炸初期初始条件确定?宇宙未来也是已经决定了?换句话说我们的宇宙其实已经早已注定,只是在机械的运转?而我们只是其中的一个小齿轮?这是我们人类不愿接受的,所以量子力学拯救了我们。

如果没有量子力学的不确定性,那我们将是宇宙这台机器内的小齿轮

牛顿物理学可以预测过去和未来

预测天体运行规律

牛顿的运动定律说明的是运动的物体发生的事。知道了这些运动定律,那么,我们只要知道一个运动物体起初的情形,我们就能够预测它的未来。起初的情况知道得越多,我们的预测就越准确。同样地,我们也可以回溯(在时间上反预测)一个物体过去的历史。譬如说,如果我们知道地球、太阳、月亮现在的位置,就能够预测未来某一个时候地球相对于太阳和月亮的位置。这又使我们预先知道季节、日食月食的时间等等。同理,我们也可以反过来计算出过去某一个时候地球相关于太阳和月亮的位置,在过去什么时候曾经发生过同样的现象。

如果没有量子力学的不确定性,那我们将是宇宙这台机器内的小齿轮

没有牛顿物理学,就没有太空计划。探月太空船必须在地球的发射位置与月球的相对登陆地点距离最短的时候准确发射,因为这时太空船飞行的路线最短。但是,地球和月球都在绕轴心自转而又同时在太空中前进。此时,地球、月亮、太空船的运动都要仰赖计算机计算,这时候其中的力学就是牛顿在“自然哲学的数学原理”所提出的力学。

预测宏观物体状态未来

但是,实际上,想要知道事件初始阶段的所有情况是很困难的。譬如说把球向墙上丢再弹回来这个运动好了。这个运动看似简单,其实却复杂得惊人。想要知道这个球什么时候弹落在哪里,别的不说,球的形状、大孝弹性、动量,丢球的角度,空气的密度、压力、温度、湿度等都是必知的要素。丢球的运动是这样,换了更复杂的运动,就更难以得知所有的情况,更难做准确的预测了。然而,按照旧物理学,原则上只要数据足够,我们就能够准确地预测事件如何进行。只是因为实际上这个工作太过庞大,所以我们没办法完成而已。

如果没有量子力学的不确定性,那我们将是宇宙这台机器内的小齿轮

牛顿力学带来消极的哲学思想

依据事物现有的知识以及运动定律预测未来的能力,使我们的祖先拥有了前所未有的力量。然而这一切里面却带有一个令人不安的逻辑。因为,如果自然律决定了事件的未来,那么,过去的某个时候,只要数据足够,显然我们也可以预测现在;而那个时候显然也可以在更早的一个时候预测。一句话,如果我们接受牛顿物理学的机械式决定论,也就是说,如果宇宙真是一部大机器的话,那么宇宙从创造出来开始启动那一刻起,要发生什么事早就已经注定。

如果没有量子力学的不确定性,那我们将是宇宙这台机器内的小齿轮

根据这个哲学,我们拥有自己的意志,也有把生活事件的方向改变的能力,可是我们没有这个能力。一切(包括“我们拥有自由意志”这个幻觉)从一开始就已经决定。宇宙是早就录好的录音带,播出来的方式也是唯一的方式。这明显是一种消极的世界观。

量子力学打破常识,为我们带来不确定性

量子力学的创立人玻尔说:……在量子力学里面,我们处理的事情并不是要武断地排斥原子现象,去做一种详尽的分析,而是要认识这种分析“原则上”已经遭到排除。

譬如说,假想有一个物体在太空中运动,这个物体有位置与动量,两者都可以测量——这是旧物理学的例子。(动量是物体大孝速度、方向三者汇合的一个数字。)我们既然可以断定这个物体某时的位置与动量,那么要计算这个物体未来某时在什么地方就不是很难的事了。假设有一架飞机从南向北飞,时速两百里。那么,如果这架飞机不改变方向和速度的话,一个小时以后将在北方两百里处。这是牛顿的物理学。

但是,量子力学令我们大开眼界。量子力学发现牛顿物理学不适于亚原子现象。在亚原子领域之内,我们绝对无法同时知道粒子的位置与动量。我们可以概略地知道,但是,越知道其中之一,就越不知道另一。我们若是精准地知道其中之一,就完全不知道另一。这就是海森堡的测不准原理(uncertainty principle)。测不准原理不管多么难以置信,却是已经实验一再证明的现象。

如果没有量子力学的不确定性,那我们将是宇宙这台机器内的小齿轮

当然,想象着一个运动的粒子,却说无法同时测量它的位置与动量,实在令人难以理解。这违背了我们的“常识”。然而,量子力学现象与常识矛盾的不止这一件。事实上,常识的矛盾便是新物理学的核心。这些矛盾一再地告诉我们,世间万物不只是我们以为的那样而已。

我们既然无法同时知道亚原子粒子的位置和动量,我们能够预测的事情也就不多。所以,相应地,量子力学就不预测也无法预测特定的事件。量子力学预测的是或然率,所谓或然率,是一件事情可能发生或不会发生的机会。量子论预测微观事件或然率的准确度,相当于牛顿物理学预测宏观事件的准确度。


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