五千年(敝帚自珍)

主题:【原创】关于粒子性和波动性 -- witten1

共:💬174 🌺525
分页树展主题 · 全看首页 上页
/ 12
下页 末页
      • 家园 测量结果不可能绝对准确

        双缝干涉实验证明,电子不存在路径的概念。因此电子的各种动力学量,只有在测量,也就是和一经典物体作用,的时候才有意义。量子力学解释的正式这些测量的结果。

        • 家园 修正一下2

          电子存不存在路径取决定于我们想看它的哪一面,双缝干涉实验只是表明了电子的波动性一面——用路径积分的话来说就是电子以一切可能的方式通过了那两个缝。

          当我们测量它的粒子性的时候,这时电子立刻显现出了路径,比如我们把双缝中的一缝挡起来,或者在某一个缝上放一测量仪器,等,都会让电子显示出粒子性,关于这的进一步的讨论可以看Feynman的《量子力学和路径积分》一书,里面有很精彩的讨论。

          所以蒲兄文中这句话

          电子不存在路径的概念
          是不对的。

          另外,测量不总是伴随着和“经典物体”的的作用,以后有空讲量子Zeno效应的时候,会有相关的实验,而其实即使不讲量子Zeno效应,也有测量是不和经典物体相作用——量子非破坏测量。说到底还是说你想从测体系里测量什么。

          • 家园 讨论一个小问题

            双缝干涉实验只是表明了电子的波动性一面

            双缝实验的确用接受屏上的条纹‘突出’表现了电子的波动性,但即使这个实验中,电子也是‘波粒二象性’的。比如那些条纹应该是一个个的‘点’组成的,这些‘点’来自作为‘粒子’的电子和屏幕的相互作用。

            当我们测量它的粒子性的时候,这时电子立刻显现出了路径,比如我们把双缝中的一缝挡起来,或者在某一个缝上放一测量仪器,等,都会让电子显示出粒子性,

            云室就是专门设计出来显示带电粒子的路径,不过电子应该不存在经典意义上的无限细的‘一维路径’,或者说我们无法测量到它。

            • 家园 掺和一下

              双缝实验可以认为只是测量了电子的波动性,是因为没有考虑单个电子与屏幕的反应,而是只考虑大量电子打到屏幕上表现出来的统计结果。对于一个统计结果来说,他更多的是反应电子的分布,是globalization,而不是一个点,对应于localization。所以一般不考虑这个粒子性。当然电子本身的波粒二象性是不可否认的。

      • 家园 再稍微补充一下

        接星辰兄的回复,我再稍微补充一下吧。其实这里的“测不准原理”已经是第一原理了,就是你不信也得信,不信我做实验给你看!注意,物理学必需尊重实验,很多人可能觉得“测不准原理”可以用数学“推”出来(可以用推广了的Cauchy不等式加上一些实变的知识就可以“推”出来),所以觉得这是可以信赖的,这样想的逻辑前提就错了,物理不是用“数学”“推”出来的,“数学”在这里的推的过程只是充当了物理学家的工具。个人以为物理学之所以能成其为物理学在于能用一套恰当的原理及逻辑把实验事实贯穿起来而后形成为人类对自然的看法的一种体系。比如我们有了量子力学的几个基本原理,我们发现这几个原理可以拿来解释迄今为止所有实验,于是我们很高兴,我们想再进一步,我们找到一个恰当的数学表达的工具来表现我们的思想,然后进行逻辑演绎往前推理做出预测。

        所以,测不准原理正在于其思想的广泛性(与无数实验符合)及其数学证明的严谨性,那些抽象数学的符号可不仅仅只是说那是我们人的测量局限性,同样也可以说是粒子自身的,于是我们相信“不确定”是自然的本性,其实不应当翻译成“测不准原理”(这样会给人一些误导,以为就是人测不准),因为英文的原文为“principle of uncertainty relation”,直译应当就是“不确定原理”。

        macau11兄如果还是想不通为何粒子本身都会有不确定性,简单的可以直接想想“零点振动”,再想想“真空涨落”引起的Casimir效应,再想想“黑洞的Hawking辐射”,再想想核子内部质子和中子之间的核力以及荷载这个核力的Pi介子是什么产生的,其实这些都可以用测不准原理来解释,拿核力来说,能对Pi介子的质量给出很好的估计而不需要任何的数学推导!

        再进一步,当我们被所有实验事实支撑起来并相信“uncertainty relation”是自然的本性的时候,这时就是信念了,这时就有了哲学的味道了。

        • 家园 请问,可不可以这样说

          凡是实验中观察到的,除了像普朗克常数电子电量等等那几个来源不明的常数,通通都能通过数学推导退出来?

          反之,通过数学推导能推出来的,未必能在实验中观察到?

          如果测量精度足够而观察不到,则应直接推翻理论吧...不过大概俺孤陋寡闻,好像没见过啥推导出来了结果被实验推翻的例子...

          • 家园 试着回答一下

            大概ls不太了解物理学史,物理学进展的过程就是旧理论被推翻新理论建立的过程啊。

            从梨花mm说的伽利略的铁球实验推翻亚里士多德的理论,到建立在牛顿理论基础上的物理学大厦被迈克尔逊-莫雷实验和黑体辐射实验推翻。面包嵌葡萄干型的原子模型被卢瑟福的电子散射实验推翻。光的粒子性被杨氏双缝干涉实验推翻。。。。。

            真是举不胜举。

            如果现有的理论模型不足够解释实验现象了,那就说明理论需要完善甚至重建。最著名的就是上面所说20世纪初物理学天空上漂浮的两朵乌云--迈克尔逊-莫雷实验和黑体辐射实验。在相当长的一段时间内,物理学家都对这两个现象一筹莫展,只能弄出瑞利金斯这样的经验公式来近似使用,直到普朗克提出了量子概念。先于实验观察的理论猜想也有,天王星、冥王星的发现就是先理论计算然后才实验观察到的。另外大家都知道的暗物质也是其中之一,至今还没有任何直接的实验证据。

            对了,以上两种的完美结合就是宇宙大爆炸残留的微波背景辐射了。一边是理论算出来了但是没法观察到,另一边是观察到了但是不知道是什么。终于有一天两边凑到一起,才得到了诺贝尔奖。

            • 家园 确实

              经典力学算基于严格的数学推论上的...这个我没反应过来...

              铁球也好葡萄干模型也好光的粒子性也好都不是经过严格的数学推论推出来的理论吧...

              • 确实
                家园 何谓严格的数学推论呢?

                离开了理论模型,数学只是数学而不是物理。

                实验推翻的也只是以前的理论模型而不会是数学的推导过程。

              • 确实
                家园 新的理论自然不是从数学推出来的,而是被实验验证的

                如果能被推出来,那也就是已经凭现有知识可以定下来的,不成其为“新”理论了。

                严谨与否,正确与否的判据是经过实验验证。不符合现实的再严密也立不住。

                量子力学现在计算得到的一些结果可以精确到小数点后十来位,假如您对实验物理有一些了解的话,您会对这个精确程度瞠目结舌,进而不会对量子力学产生比较简单的怀疑的。

          • 家园 两个铁球同时落地
      • 家园 哲学的角度,呃,什么叫哲学的角度?

        测不准原理更精确一点应该叫不确定原理。这个不确定性是物质本身的性质,哪怕你不去测量也是在那里的。

    • 家园 老虎还说过这样的话啊。

      老虎说的大经济给我等这些土包子普及了经济政治方面很多知识,让人崇拜不已。但老虎来说物理就露怯了。

      人还是不可能什么都懂,而文理两科之间又有不少偏见。我以前也是因为不懂,所以觉得文科的人都是吃干饭的,还是在河里普及了文,经方面的很多知识后,才改变了这样的想法。现在河里物理等方面的东东还是比较少,老兄有没有意向多写点东西。

      • 家园 很抱歉

        只能有点时间的时候看能不能多写一下,这个主题贴下有几个不错的问题我还没回答,就慢慢磨一下,看能不能把这几个问题都磨完一下。

        写这样的科普文章有时候觉得还不如写research文章好写,因为得要很小心的措词——既要大家尽量能看明白,又要不能出错。

分页树展主题 · 全看首页 上页
/ 12
下页 末页


有趣有益,互惠互利;开阔视野,博采众长。
虚拟的网络,真实的人。天南地北客,相逢皆朋友

Copyright © cchere 西西河