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这个世界上没有人懂得量子力学,物理学家费曼为什么敢这么说?

作者:程序猿星球

费曼是20世纪最杰出的物理学家之一,曾经也获得过诺贝尔物理学奖,他提出了费曼图、费曼规则和重正化的计算方法,这是研究量子电动力学和粒子物理学不可缺少的工具。

他被认为是爱因斯坦之后最睿智的理论物理学家,也是第一位提出纳米概念的人。

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作为20世纪在量子力学领域研究的领导者,费曼为什么会说出:这个世界上没有人懂得量子力学?

其实,不止一个物理学家这么说示,比如:量子力学的奠基人,哥本哈根学派的领袖波尔就曾说过:如果有人不对量子力学感到困惑,那只能说明他不懂量子力学。

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那这么多物理学家都有类似的话术,那其中有肯定许多秘密。

在物理学史上有一个堪称离奇,甚至是恐怖的实验,这个实验叫做:双缝干涉实验。

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这个实验让科学家有许多困惑,简单来说就是:这个实验有观测者和没有观测者最终得到的实验结果是不同的。

在这个实验过程中,光子通过双缝之后会在屏幕上成像,如果对它们不管不问的话,就会出现干涉条纹。

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如果在实验装置上加一个探测器,观测光子是如何通过双缝时,就会出现完全不同的实验结果。

是不是很神奇?

刚开始科学家都还不信,经过多反复次的实验,这个结果始终没有变。

也就是说,一个普普通通的物理学实验,最终把观测者卷入到其中,你说诡不诡异?

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不管实验是怎样的,对于理论物理学家来都要用理论来描述它。

在上世纪20年代前后,海森堡提出了矩阵力学来描述,薛定谔提出了薛定谔的波动方程来描述。

后来,狄拉克从数学上证明了两者是等价的。

实际上,到了海森堡,薛定谔和狄拉克已经是第三代量子力学的科学家。

在之前此,第一代是普朗克,爱因斯坦;第二代是波尔,索末菲,波恩;除此之外还有泡利,德布罗意等人。

这帮人不光是在研究理论,他们还吵了起来,分成了两派。

一派是波尔领衔的哥本哈根学派,主力干将就有海森堡,泡利等人。

另一派来头也很大,爱因斯坦领衔,主力干将有薛定谔,德布罗意等人。

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他们到底在争吵什么?说白了,他们就是在争“这个不确定性”。

海森堡提出了不确定性原理,描述了微观世界的物理现象。

他认为:微观粒子的位置和动量的信息是没办法同时测量到的,测了一个,另一个就不准了。

那这个该如何理解呢?

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我们举个例子,就拿氢原子模型来说,我们一般会认为电子是绕着原子核在转的,这类似于地球绕着太阳转。

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但海森堡认为:所谓的“轨道”其实是假想出来的,并不存在,还不够存粹。

他基于当时的实验现象,提出不确定性原理,用这理论来描述电子的运动。具体来说,就是利用“概率”来描述。电子可以出现在下面任意的位置,只不过每个位置的概率不同,因此,可以用电子云来描述。

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这种“不确定性”是爱因斯坦无法解释的,他曾经在和波尔的论战中就说到:上帝不掷骰子。

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而波尔反击道:爱因斯坦不要指挥上帝如何做。

反对派的主力干将薛定谔更是提出了一个思想实验:薛定谔的猫。

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用猫的既死又活的叠加态来讽刺哥本哈根学派。

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无论是爱因斯坦,还是薛定谔,实际他们无法理解量子力学的一个很重大的原因是:无法换位思考。

那么,目前在量子力学运用上谁做的比较好呢?

美国的量子计算机:10月23日,google在《nature》发表研究论文正式对外宣称实现了“量子霸权”,传统的超级计算机需要计算上万年的计算量,其研发的sycammore量子处理器能在200秒内完成目标计算。

中国量子卫星(墨子号):2016年8月16日,世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”在在酒泉卫星发射中心发射升空。

而最近,我国又实现了量子领域的新突破。

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我国科学家潘建伟教授带领的团队首次实现18个光量子比特的纠缠,而在国际社会上这项工作一直都是一个很困难的项目。

此次我国在国际上刷新了所有物理体系中最大纠缠态制备的世界纪录。

20多年一来来,潘建伟教授及其同事一直努力奋斗在多光子纠缠和干涉度量的研究道路上,可以说功功不可没,潘建伟教授团队一直引领着整个世界这一领域的发展,而且不仅在理论方面我国已经位于世界第一位,而且未来我国也可进一步应用于大尺度、高效率的量子信息技术,加速量子通讯的发展。

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总而言之,在这个科技决定实力的时代,一个国家一项科技技术的进步决定了这个国家整体实力的提高。

物理学的研究肯定离不开数学知识,杨振宁是物理界少有的大量运用数学的科学家。

他曾经说过:我的物理学界同事们大多对数学采取功利主义的态度。也许因为受我父亲的影响,我较为欣赏数学。我欣赏数学家的价值观,我赞美数学的优美和力量:它有战术上的机巧与灵活,又有战略上的雄才远虑。而且,堪称奇迹中的奇迹的是,它的一些美妙概念竟是支配物理世界的基本结构。

杨振宁提出要“寻找美妙的几何结构”,就是用数学来研究物理。

1983年,杨振宁向中学生介绍自己的学习过程时,就专门提到了一个人。

他说:“有一位刘薰宇先生,他是位数学家,写过许多通俗易懂和极其有趣的数学方面的文章。我记得,我读了他写的关于一个智力测验的文章,才知道排列和奇偶排列这些极为重要的数学概念。”

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刘薰宇是中国著名的数学家跟教育家,他跟杨振宁的父亲还是同学。

他有多牛呢?我举个例子。

在中国的历史上,有一所神一般存在的中学:春晖中学。

这所学校的美术老师是丰子恺。

音乐老师:李叔同。

国文教师:朱自清、朱光潜。

书法课:于右任。

此外,还有蔡元培,蒋梦麟,何香凝,叶圣陶,张大千,巴人,廖仲恺,黄炎培,陈望道等等前来讲座。

而数学老师是谁呢?就是刘薰宇。

所以,在数学教育在这个领域,刘薰宇绝对是民国大师级的存在。像美术老师丰子恺就经常跟刘薰宇请教。

丰子恺说:

“我与薰宇相识后,他便做这些文章。他每次发表,我都读,诱我读的,是它们的富有趣味的题材。我常不知不觉地被诱进数学的世界里去。

每次想,假如从前有这样的数学书,也许我不会抛荒数学……

其中《韩信点兵》一篇给我的回想很不好:

这篇文章发表时,我正患眼疾,医生叮嘱我灯下不可看书,而我接到杂志,竟在灯下一口气读完了。次日眼睛很痛,又去看医生。”

我专门找来了刘熏宇的书给我家小孩看,我家小孩正在上六年级,平时也补习数学,他有时候觉得上补习班有点枯燥。可他看这个书,却觉得很有意思,而且还能把他在补习班学到的东西运用过来。一看就看了个把小时。平时,他是坐十五分钟就要挪屁股的。

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我给孩子看的这套书一共有三本,一本是《马先生讲数学》,主要讲如何用图解法求解一些算术四则问题

第二本《数学趣味》,主要讲日常生活中碰到的数学问题,我们讲万物皆数学,通过万物来学数学是最快的。

第三本是《数学的园地》,这一册就有点难度了,里面讲了函数、连续、诱导函数、微分、积分和总集等概念及它们的运算法的基本原理。虽然有点深,但讲解的方法很妙,我家小孩六年级,还能看懂一部分的内容。

这个书合适小学生以及初中生,可以做为他们的自学教材。让他们能够自我学习。

这套书价格也不贵,三册只要69,包邮到家。

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