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世界由什么构成(二)

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上一篇介绍的是世界由场和粒子构成,这次详细一点,重头戏是量子力学。


IP属地:辽宁1楼2019-04-06 22:24回复
    普朗克在计算热平衡态的箱子中电磁波的数量时,为了得到能重现实验结果的公式,他最终使用了一个看似没有多大意义的小技巧:他假设电场的能量是以“量子”分配的,也就是一小包一小包的能量。他假定每包能量的大小取决于电磁波的频率(也就是颜色),对于频率为ν的波,每个量子或者说每个波包的能量为:E=hν。
    这个公式就是量子力学的起点;h是为普朗克常数,它决定了频率为ν的辐射每包有多少能量。常数h决定了一切量子现象的尺度。


    IP属地:辽宁2楼2019-04-06 22:27
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      能量是一份一份的这一观点与当时人们的认知截然不同,人们认为能量会以连续的方式变化,把能量看作一份一份的毫无道理。
      结果爱因斯坦又出现了,他理解了普朗克的能量包实际上真的存在,并考察了已经被观测到的现象--光电效应,随后发表了一篇文章,论证了光的确是由小颗粒,即光的粒子构成,量子力学诞生了。


      IP属地:辽宁3楼2019-04-06 22:35
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        玻尔--开始研究原子结构,并解释了一个简单的事实-物质的颜色。
        颜色是光的频率,光由物质以特定的频率发射。没人知道如何解释物质有不同的光谱,是什么决定了颜色。
        玻尔通过一个奇怪的假设找到了一种试探性的解决办法,他意识到如果假定原子内电子的能量只能是特定量子化的值,就像普朗克和爱因斯坦假设的光量子的能量是特定的值,那么一切就都可以解释了。
        假设电子只能在离原子核特定的距离处存在,也就是只能在特定的轨道上,其尺度由普朗克常数h决定。电子可以在能量允许的情况下从一个轨道“跳跃”到另一个轨道,这就是著名的“量子跃迁”。电子在这些轨道运动的频率决定了发出的光的频率。由于电子只能处于特定的轨道,因此只能发射特定频率的光。


        IP属地:辽宁4楼2019-04-06 22:47
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          海森堡--在对粒子运动进行基本描述时,并不能描述粒子在任意时刻的位置,而只能描述它在某些瞬间的位置,也就是粒子与其他物质相互作用的那些瞬间。
          其最难理解的要点是事物之间相关性的那一面。电子不是始终存在,而是在发生相互作用时才存在,它们在与其他东西碰撞时才突然出现。从一个轨道到另一个轨道的量子跃迁实际上是它们真实的存在方式:电子就是从一个相互作用到另一个相互作用跃迁的集合。当没有东西扰动它时,电子不存在于任何地方。


          IP属地:辽宁5楼2019-04-06 22:50
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            狄拉克--狄拉克的量子力学允许我们做两件事情,首先是计算一个物理量可以取哪些值,这被称
            为计算物理量的取值范围,它体现了事物的分立性。当一个物体(如原子,电磁场,分子,行星等)与其他物体相互作用时,能计算出的是在相互作用过程中物理量可以取的值(相关性)。狄拉克的量子力学允许我们做的第二件事是计算一个物理量的某个值在下一次相互作用中出现的概率,这被称作计算跃迁的振幅。概率体现了一个特征:不确定性。理论不会给出唯一的预测,而是给出概率。
            这就是狄拉克的量子力学:它是一种计算物理量取值范围的方法,也是计算某个值在一次相互作用中出现概率的方法。两次相互作用之间发生了什么,理论并没有提及,它根本不存在。


            IP属地:辽宁6楼2019-04-06 22:55
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              场与粒子是相同的东西
              将量子力学表达为一般方程后,狄拉克意识到理论可以直接应用于场,例如电磁场,并且可以符合狭义相对论。为了证明这一点,狄拉克发现对自然的描述可以进一步深度简化:将牛顿使用的粒子概念与法拉第引入的场的概念融合在一起。
              在两次相互作用之间伴随着电子的概率云很像一个场,而法拉第和麦克斯韦的场刚好反过来,是由粒子(光子)构成的。在某种意义上,不仅是粒子像场一样弥散在空间中,场也像粒子一样进行相互作用。被法拉第和麦克斯韦分割开来的场和粒子的概念,最终在量子力学中融合在一起。
              这种融合十分简洁,狄拉克方程决定了一个物理量可以取的值,把它应用到法拉第力线的能量,就会得出这个能量只能取特定的值,不能取其他值。由于电磁场的能量只能取特定的值,场就像是能量包的集合。
              这就是之前普朗克和爱因斯坦引入的能量量子化。


              IP属地:辽宁7楼2019-04-06 23:01
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                与狭义相对论相容的量子理论的一般形式被称为量子场论,它构成了今日粒子物理学的基础。粒子是场的量子化,正如光子是光的量子化。所有的场都在相互作用中表现出分立的结构。

                量子力学描述的不是物体:它描述的是过程,以及过程之间连接点的事件。


                IP属地:辽宁8楼2019-04-06 23:04
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                  总结一下,量子力学发现了世界的三个特征:
                  1,分立性--系统状态的信息是有限的,由普朗克常数限定。
                  2,不确定性--未来并非完全由过去决定。我们所见的严格的规律性最终是统计学上的。
                  3,关联性--自然的事件永远是相互作用。系统的全部事件都相对于另一系统而出现。
                  这部分介绍完毕,还是篇幅有限,太长没人看,太短更没人看,就挑了几个重要的说说。
                  这就是量子力学,粒子在没有相互作用时不在任何地方,只有从一次相互作用跃迁到下一次相互作用时才存在……
                  我们的世界真的是这个样子么?


                  IP属地:辽宁9楼2019-04-06 23:11
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                    下一次更新的内容是新的理论解释空间和时间,并试着解释时间的本质。不是弦理论哈。


                    IP属地:辽宁10楼2019-04-06 23:13
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                      第三部分,量子空间与关联的时间


                      IP属地:辽宁来自Android客户端12楼2019-06-03 22:29
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