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读《上帝掷骰子吗》有感,概率深藏在宇宙的底层,上帝的确掷骰子

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发表于 5 天前 | 显示全部楼层 |阅读模式
随着量子论的不断发展,这门学科展现出了越来越多让人匪夷所思的性质。而且跟以前不同的是,很多物理性质,都是通过数学推导才发现的。我们一般认为,只有先掌握了物理量的定义,然后才能在这些物理量之间建立数学关系。比如我们先知道了什么是力,什么是质量和加速度,然后才发现,力等于质量乘以加速度。但在量子力学,包括现代物理学的其他领域里,经常是科学家们用数学方法算出一个函数或者方程,然后才去寻找这个函数究竟是什么意思。就像是你在不知道什么是力的情况下,就先通过计算得出了一个数据,然后才发现原来这个数据代表了力的大小。

读《上帝掷骰子吗》有感,概率深藏在宇宙的底层,上帝的确掷骰子16 / 作者:qfwoshiyu / 帖子ID:41927,158501



在这里,著名的奥地利科学家薛定谔要登场了。薛定谔在研究原子的过程中,得到了一个名震物理学史的著名方程,叫薛定谔波动方程。这个方程里有一个用希腊字母ψ命名的函数,它代表电子在空间中的分布,但人们并不知道它明确的物理意义到底是什么。

读《上帝掷骰子吗》有感,概率深藏在宇宙的底层,上帝的确掷骰子96 / 作者:qfwoshiyu / 帖子ID:41927,158501



薛定谔本人认为,ψ函数的物理意义,是电子在空间中的实际分布。什么意思呢?就是说,如果我们把电子或者光子这些微观粒子放大来看的话,就会发现,它们不是一个个小点,而是在空间中融化开来了,就好像是涂在面包上的黄油那样。这个ψ,就是代表电子的这种实际的位置分布。但另一位诺贝尔奖获得者波恩却认为,薛定谔的这个解释是错的。他提出了一个惊世骇俗的预言,说ψ函数代表的不是电子的实际分布,而是代表着一种随机分布,也就是电子在某个地点出现的概率。

读《上帝掷骰子吗》有感,概率深藏在宇宙的底层,上帝的确掷骰子3 / 作者:qfwoshiyu / 帖子ID:41927,158501



到底谁是对的呢?来看个著名的实验,电子的双缝干涉实验。假如我们有一台仪器和一个感光屏,两者之间还有一块有两条缝的板子。如果现在这个仪器发射出一个电子,那么这个电子到底会出现在感光屏上的什么位置呢?答案是,无法确定。我们不知道这个电子会出现在哪里,完全摸不到头绪,因为它根本就是一个随机过程。

读《上帝掷骰子吗》有感,概率深藏在宇宙的底层,上帝的确掷骰子75 / 作者:qfwoshiyu / 帖子ID:41927,158501



但如果我们进行大量观察的话就会发现,电子的出现也不是完全没有规律的,感光板上有些位置出现电子的可能性高,有些位置可能性低。这个概率是完全符合概率计算的。所以,如果我们大量发射电子,就会发现,感光板上有些地方亮一些,有些地方暗一些,亮的地方就是电子出现概率高的地方,暗的地方就是电子出现概率低的地方,而且每次的明暗分布都是有规律的。所以,虽然我们没法儿确定单个电子的位置,但却可以计算出大量电子会组成怎样的图案,因为电子的随机分布符合数学规律。

读《上帝掷骰子吗》有感,概率深藏在宇宙的底层,上帝的确掷骰子33 / 作者:qfwoshiyu / 帖子ID:41927,158501



听到这里你肯定明白了,在这个问题上,薛定谔错了,波恩才是对的:我们根本无法预言电子的实际位置,而是只能预言电子的出现概率。这个结论意味着,量子论彻彻底底地从最根本的因果关系上颠覆了整个物理学。

读《上帝掷骰子吗》有感,概率深藏在宇宙的底层,上帝的确掷骰子29 / 作者:qfwoshiyu / 帖子ID:41927,158501



伽利略、牛顿这样的伟人,建立起了物理学的恢弘大厦,向人们解释了世间万物的运行规律,并且预言了未来。在这个基础上,人们可以完美地预言几时几分几秒会出现日食,掌握所有运动的来龙去脉。总之,一切事物之间都是有因果联系的,宇宙就像是一台精密的机器,所有零件都按照规则运行。只要我们掌握了足够多的规律,拥有足够强的计算能力,那么整个宇宙里所有事物的过去和未来,都应该尽在掌握。人类之所以还没做到这一点,只是因为我们目前知道的信息还不够多而已。这种观点,在哲学上叫做“决定论”,自古以来,人们对世界的理解方式都是这样的。

读《上帝掷骰子吗》有感,概率深藏在宇宙的底层,上帝的确掷骰子1 / 作者:qfwoshiyu / 帖子ID:41927,158501



但量子力学对微观粒子的研究却发现,世界的运行规则,跟我们想象的完全不同。即使我们掌握了电子的初始状态,拥有最强大的计算工具,考虑了所有可能的影响,也不可能准确预言电子的位置。更重要的是,这不是因为我们的能力不足,而是大自然从根本性质上就是不可预测的。这不是推翻某一条规律的问题,而是要完完全全地推翻整个决定论系统,推翻当时所有科学的根本基础。在量子力学中,概率是深藏在世界底层的根本性质,一切的事情,都是靠掷骰子来决定的。

读《上帝掷骰子吗》有感,概率深藏在宇宙的底层,上帝的确掷骰子35 / 作者:qfwoshiyu / 帖子ID:41927,158501



这个堪称诡异的结论,对很多科学家来说是完全不可接受的。爱因斯坦在写给量子力学奠基人之一马克斯·波恩的信中明确表示,自己完全不能容忍这样的想法,绝不愿意放弃因果性,他坚信量子论的基础一定有问题,一定能挑出毛病。他在信中说,“我毫无保留地相信,上帝是不会掷骰子的!”

读《上帝掷骰子吗》有感,概率深藏在宇宙的底层,上帝的确掷骰子65 / 作者:qfwoshiyu / 帖子ID:41927,158501



之后,以爱因斯坦和玻尔为代表,薛定谔、波恩、海森堡、德布罗意,这些物理史上金光闪闪的天才伟人,全都投入到了量子力学的大战中。爱因斯坦给玻尔出了许多看似不可解决的难题,但玻尔都给出了非常精妙的解答。不过直到临终之前,爱因斯坦也仍然没有被说服,他一直在为自己的信仰辩护。回过头来看,这场关于量子论的争战的结果很明确:爱因斯坦错了,量子力学是正确的,上帝的确掷骰子。

读《上帝掷骰子吗》有感,概率深藏在宇宙的底层,上帝的确掷骰子60 / 作者:qfwoshiyu / 帖子ID:41927,158501



总结一下就是:为什么说量子力学是在“掷骰子”?因为对微观粒子的研究发现,粒子的分布并不是确定的,而是一个随机事件。我们不能确定粒子的位置,只能掌握粒子出现的概率。所以,严格的因果关系荡然无存,统治科学界几百年的决定论被打破了。人们发现,概率深藏在宇宙的底层,上帝的确掷骰子。

读《上帝掷骰子吗》有感,概率深藏在宇宙的底层,上帝的确掷骰子3 / 作者:qfwoshiyu / 帖子ID:41927,158501



题外话:读书可以扩充我们知识边界,获得更多看问题的视角,但盲从是要不得的...

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本文选自:今日头条
发表于 5 天前 | 显示全部楼层
理论一套套,实验跟不上
发表于 5 天前 | 显示全部楼层
量子力学在向经典力学转变的过程中,粒子运动的无序性逐渐向矢量性靠拢。
发表于 5 天前 | 显示全部楼层
当年玻尔的回答是。。亲爱的老爱。。你又不是上帝,所决定不了他老人家做什么。。杨振宁和李政道发现的宇称不守恒,证明了上帝是个左撇子,而且爱用左手掷骰子。。。[捂脸][捂脸]
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