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1 # 沙沙狐狐
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2 # 淡漠乾坤
自然界之所以是萬千世界,是因為存在著質的變化。而之所以自然界存在著質的變化,是因為同一物理機制在不同的極限情況下,會表現出不同的物理現象。
比如,子彈與電扇系統,兩者的速度之比決定了電扇的不同性質。當子彈的速度遠大於電扇扇葉的轉速時,子彈可以自由穿過電扇;反之,則電扇具有遮蔽效應,子彈的大部分都被反射回來。
於是,同樣的子彈與電扇系統,兩者的速度之比的不同,導致了該系統具有截然不同的性質,表現為矛盾的現象。然而,這一矛盾的現象是我們人為造成的。因為,在現實世界中,上述兩種對立的現象被分割在不同的極限情況,是不會同時出現的。
類似情況在自然界中,比比皆是。比如,人的相貌,年輕時的照片與人老時的相貌有著極大的不同。但是,我們並不能因此而否認他們並不是同一個人,即並不認為兩者是矛盾的。
為什麼呢?因為,時間將兩種不同的相貌分割開來。如果,一個人每天照一張照片,就會看出由量變到質變的變化過程了。
實際上,盧瑟福用阿爾法粒子轟擊原子的實驗,就是一個子彈與電扇的系統。這一類系統,在自然界是極為普遍的。
因為,宇宙是其物理背景與物理物件共同構成的。其中,離散的粒子構成了物理背景即形成空間,由粒子的高速運動所形成的封閉體系成為了物理物件即成為物質。在本質上,都是粒子與封閉體系的相互關係,都會根據它們的不同比值,產生出不同的性質及其不同的現象。
比如,連續的水,是由不連續的水分子構成的;連續的空氣,是由不連續的氣體(氧氣和氮氣等)分子組成的。
經典力學主要研究的是宏觀物體,這就好比是水或空氣。在宏觀領域的物體,可以忽略不計量子空間的影響,是一維理想的物理理論。宏觀物質可以被近似地視為自由的物體,其運動是不受到外部空間限制的。這就好比我們晚間在公園散步♀️,並沒有感受到空氣的阻力。
量子力學則不同,該理論是研究微觀粒子的學問。當粒子的半徑小於空間量子的間距時,就會受到空間量子的不對稱碰撞,表現出了波動性。其實質是,微觀粒子不再是自由運動的物體,受到了量子空間的影響,是二維粒子。
於是,微觀粒子的行為,是粒子與量子空間相互作用的共同結果。類似的情況還有很多。比如,我們人的行為是個人意志與社會約束的共同結果;比如,細小的花粉在水中具有無規(熱)的運動等。
經典力學和量子力學(包括狹義相對論和廣義相對論)之所以會有不同性質的對立,是因為在宏觀的範圍內,量子空間的影響不大,可以近似地被忽略不計。然而,一旦人類的認識超出了宏觀範圍,進入了微觀領域(高速領域和宇觀領域),則由量變產生質變,量子空間不再是可以被忽略的了。於是,物體具有了不同於經典力學的新性質。
總之,經典力學與量子力學之所以具有不同的性質,是因為作為物理背景的量子空間在不同的極限情況下所產生的不同現象。上述兩理論(包括狹義相對論和廣義相對論)可以在量子空間的物理機制下,獲得有機的統一。
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3 # 鍾銘聊科學
科學的正規化
很多人總是會天然地認為新理論的出現,會顛覆原來的理論。具體來說,就有很多人會認為愛因斯坦的理論打敗(否定)了牛頓的理論。
如果真的是這樣,那麼現在初高中生,甚至是包括大學本科生都在學習牛頓力學就說不過去了。哪有明明知道是錯誤的理論還教,這學校也太不負責任了吧。因此,絕不是誰的理論否定的誰這麼簡單。
其實只要是主流科學理論,它們比拼的並不是“對和錯”,而是“誰更具有普適性”,“誤差更小”。
就拿牛頓理論來說,這個理論是300年前,牛頓提出來的,這個理論的提出,標誌著近代科學的發展。科學家開始可以僅僅依靠筆和紙就做出許多精準的預言,比如:牛頓的小迷弟哈雷,就用牛頓的理論預言了哈雷彗星的週期。
後來,數學家們也僅僅依靠紙和筆就成功的預言了海王星的存在以及位置,然後天文學家用望遠鏡一觀測,結果真的是理論和觀測高度吻合。
甚至到現在,很多科學家都在利用牛頓力學來解決航天的問題,很多探測器經過幾年的飛行到達預定地點時,誤差也僅僅是幾秒鐘而已。
你可以這樣認為,否定牛頓力學,某種程度上就要否定人類自己的觀測結果,畢竟兩者是高度吻合。
但由於科學的發展和人類觀測技術是息息相關的。在牛頓的時代,人類的觀測技術比較簡陋,只能看到宏觀低速下的物理學現象。因此,牛頓是在這個基礎上提出了牛頓力學。這個理論很好地解釋了宏觀低速下的物理學世界。
量子力學、相對論與牛頓力學隨著觀測技術的發展,當科學家可以看到更大的尺度,或者更小的尺度時,就會用已有的理論去適配。比如,在引力特別大(離太陽比較的地方)或者速度特別快(接近於光速)時,科學家就發現,牛頓力學不好用了,誤差變得特別大。
同樣的,當科學家可以觀測到很小的尺度時,比如:小於原子的尺度,這時候的一些物理現象也沒有辦法用牛頓力學來解釋了。
這時候,我們就需要新理論,現在我們知道在小尺度上是量子力學彌補了這個尺度上的問題,相對論能解釋大尺度上的物理現象。
但是,我們也發現,在更大的尺度上和更小的尺度上,量子力學和相對論也出現了沒辦法解釋的問題,這得等到未來觀測技術發展,讓我們可以輕易地得到這些尺度下的物理學現象,科學家就有可能再提出新理論來補充。
但無論如何,縱觀整個科學理論的發展,你會發現,量子力學、相對論和牛頓力學,也就是新的理論和舊的理論之間的關係並不是誰對誰錯。而應該是,新理論要相容舊理論。
量子力學和相對論之所以能夠被科學家們所接受,首先是它們能夠解釋得了宏觀低速下的世界(也就是牛頓力學之前描述的世界),並且準確度不能低於牛頓力學。
實際上,也確實如此,同樣是運動學和引力的相關問題,相對論的描述得到的結果精度要比牛頓力學更高,但是在宏觀世界下,這個精度也僅僅在小數點後15位左右才能體現出來。而量子力學也同樣適用於宏觀低速的世界,精準度也要高於牛頓力學,同樣的這個差距也僅僅是在小數點後十幾位才體現得出來。
因此,從這個角度上看,牛頓力學,量子力學,相對論其實都是堅實科學理論,後兩者在宏觀低速下的世界中相容了牛頓力學。
除此之外,量子力學和狹義相對論還是實現了“聯姻”,也就是量子場論。
至於量子力學和廣義相對論,科學家目前還沒有找到如何將兩者統一起來的方法,但這並不意味著不可以實現統一,實際上,科學家依然在試圖尋找統一兩者的辦法,或許在未來就可以做到。
所以,從這些角度上看,我們就會發現,各個理論之間的關係是可以相互相容和統一的,而不是割裂的,相互否定的。
量子力學的觀念那量子力學和經典物理有沒有什麼不同呢?
實際上,也確實有,這個不同來自於世界觀的不同,或者我們說是觀念的不同,這起於普朗克提出“量子”概念時帶來的變化。
在經典物理學的世界觀下,這個世界的變化是連續的,意思是你從1樓坐電梯到5樓,整個過程是均勻的上去,這中間不存在最小的變化單位。
但在量子力學的世界觀下,這個世界的變化是非連續的。意思是說,存在最小的變化單位,你每一次變化都是這個最小單位的整數倍。
因此,在量子力學當中有個普朗克時間和普朗克距離的概念,這就是時間變化的最小單位和距離變化的最小單位。
也就是說,如果你坐電梯上樓,你上升的變化至少是普朗克長度的整數倍,不可能出現小於普朗克長度的變化,所以,你不是連續上升的,而是以普朗克長度的整數倍在提升高度。
因此,量子力學和牛頓力學最大的區別就在於觀念上,量子力學認為變化是不連續的,而牛頓力學認為變化是連續的。
回覆列表
答:因為量子力學的基本觀點是“波粒二象性”,也就是所謂的“糾纏與坍塌”——薛定諤的貓。他們用這種觀點解釋“雙峰干涉”,好像得出了天衣無縫的理論。而這些觀點都建立在“相對論”的基礎之上(儘管糾纏與相對論也存在矛盾),而“相對論”與經典力學是相互矛盾的。所以,經典力學與量子力學格格不入!
儘管如此,物理學界又推出了什麼“弦理論”,還企圖以此來“一統天下”呢!