对量子世界的理论认识最全版

但这并未迫使物理学家对物理定律做出根本性的重 新评价。其原因是日常生活中的大多数事物的不可 预见性是因为我们不具备足够的信息，当涉及到某 些动力学变量的信息被摒弃时，模糊性与不确定性 这个要素就被引入到我们对系统的描述中。然而我 们知道这个模糊性实际上是那些我们选定摒弃的所 有变量活动性的结果。这些变量被称为“隐变量”， 它们总是存在的，只是我们观察可能太粗糙，以至 于不能将其揭示出来。）在微观世界里，模糊性与 不确定性是微观粒子本身所具有的特性，绝非我们 观察粗糙或是实验仪器简陋的结果。我们只能用几 率来描述微观粒子，在理论上，我们永远无法确切 的知道一个粒子在什么位置，当我们设计一个实验 yrty 5 去确定该粒子的位置时，波函数仅能告诉我们在空
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也是令人不安的。量子物理来自百度文库发现之前，世界被视 为完全可以预言的(18世纪法国大数学家拉普拉斯 曾说：设想有一位智者在每一瞬间得知激励大自然 所有的力，以及组成它的所有物体的相互位置，如 果这为智者如此博大精深，它能对这样众多的数据 进行分析，把宇宙最庞大物体与最轻微的原子的运 动包容在一个公式中，那么对他来说，没有什么事 情是不确定的，将来就像过去一样展现在它的眼 前)，至少原则上如此。尤其是做相同的实验，人 们就期望得到相同的结果。但在光子与偏振片的情 况中，我们发现两个相同的实验却有着不同的结果， 显然这个世界根本不是完全可以预言的。（实际上 在量子物理发现前，我们也知道许多不可预言的系 yrty 4 统，如天气预报、股票市场、赌盘轮的千变万化等。
的词，实际上这个词是通过我的提问一步一步演化 出来的。就像关于电子的信息是被观察者选中要作
的实验，即通过他放进的各种记录设备而被带进存 在中一样。如果我提出不同的问题，或以不同次序 提同样的问题，就会以不同的词告终，正如实验者 关于电子的行为会由不同的描述而告终一样。我把 特定词“云”带进存在之中所具有的能力仅是部分 的，选择的主要部分存在与房内同伴们的“是”与 “不是”的回答之中。类似的，实验者通过选择他 要作的实验（即他向自然将要提的问题）对电子将 发生的行为产生某种实质的影响。
间某点找到它的几率。这个思想与经典理论的根本 区别在于一个微观粒子可同时出现在空间的任何位 置，只是在各位置出现的几率不同。 海森堡不确定原理进一步说明了微观粒子的模 糊性，此原理现已成为量子力学的核心部分。不确 定原理究竟反映了什么？波尔认为：在对某个量子 客体实行一次测量之前要把一组完全的属性（动量、 位置、能量、自旋）归属与它是毫无意义的，例如， 测光子的片振态，在测量前我们不可能确定光子具 有什么偏振态，在测量之后我们确定可以给该光子 赋予一确定的偏振态。类似的，在测量粒子的位置 与动量之前也不能说该粒子具有这些量的特定值， 如果是测量位置，其结局是粒子处在某处，如果是 yrty 6 测动量，我们就可得到一个运动的粒子。在前一种
情况中，测量完成后粒子就不具有动量，后一种情 况中粒子无定域。波尔曾说：“观察不仅扰动被测 量的对象，而且还产生它，我们迫使粒子有一个明 确的位置。” 物理学家 J . 惠勒曾做了一个形象的比喻，恰当 的说明了微观粒子在测量前的奇特地位。
这是一个猜字迷的游戏，通过问答来找出迷底。 “我走出房门，让其他人留在房内秘密协商，以就 一个难词取得一致意见。我被留在房外的时间难以 置信的长。当我被允许进去时，我发现每个人都面 带笑容，一种逗趣或谋算的征兆。我努力探寻那个 词：它是动物吗？不是。它是矿物吗？是的。它是 绿色的？不是。是白色的？是的。这些回答来得很 yrty 7
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2.模糊性与几率 波动性与粒子性共存，很快就导致了关于自然 界的一些令人吃惊的结论，例如：一束偏振光射向 一个偏振片，当光的振动方向与偏振化方向成450 角时，按波动理论将有一半的能量透射过去。减弱 入射光强度以至于每次只有一个光子射出，由于光 子不可分割，任意给定光子必定是通过或是被挡住 了。平均起来，一定有一半光子通过了，一半挡住 了。但是哪些通过了，哪些挡住了？由于具有相同 能量的光子被假定是完全相同的，从而使不可分辨 的，这迫使我们得出这样的结论，光子的穿越纯粹 是随机的。虽然任何一个给定光子穿越的几率为 1/2，但要预言哪些具体的光子会穿越确实不可能
三.对量子世界的理论认识 一. 波尔——哥本哈根解释 电子、光子和其他微观粒子的行为，有时像波 有时似粒子的这一事实常常引起这样的问题，它们 实际上是什么？波尔及其他所在的丹麦的物理研究 所给出了一种解释，通常称为波尔——哥本哈根解 释，主要由下面几个方面组成。 1.互补性原理 按照波尔的观点，询问一个电子实际上是什么 的问题是没有意义的。或者至少，物理学不告诉我 们世界是什么，而是告诉我们关于世界我们能谈论 什么。特别是，如果一个物理学家就一个量子系统 yrty 1 做一次实验，只要实验装置的细节已知，那么物理
学家就可以就他观察的东西做一个有意义的预言。 例如，在杨氏双缝实验中我们有一个明确的选择： 或者听任电子或光子自由自在，并观察干涉图；或 者窥探粒子的径迹，并洗去干涉图。这两种情况并 不矛盾，而是互补的。同理，存在位置与动量的互 补性，我们即可选择测量一个粒子的位置，此时它 的动量是不确定的，我们也可测量动量，而把其位 置的信息出卖掉。每一个信息——位置与动量—— 构成量子客体的一个互补方面。波尔将这些思想上 升为互补性原理：量子客体的波动性与粒子性构成 其行为的互补方面，我们不可能找到一个实验来证 实电子同时即像粒子又像波。
很快。接着答问开始变长了。真奇怪，虽然我要求 朋友们的答复”只是一些是或不是的简单问话，答 疑者在回答之前还是想了又想，在是与不是之间犹 豫不决。最后，我感到逼近迷底了，我只有一次机 会了，我豁出去了，是云吗？回答说，是的。每个 人都爆发出大笑，他们向我解释，原先并未约定一 个词，他们一致同意不统一约定一个词，每个人能 尽其所爱回答问题，但有一个要求，即：他心中必 须有一个可与他自己的回答，以及所有已做出的回 答相适应的词。 这个故事的象征是什么呢？我们曾相信：世界 是独立于任何观察作用而“外在的” 存在的；我 们曾认为原子中的电子每时每刻都具有确定的位置 yrty 8 和确定的动量。当我进屋时，我认为屋内有一个确