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  • 1 # 可可西里的向陽花

    符合。

    牛頓定律在微觀世界也是有效的。可能有小夥伴看到這個答案會很疑惑,既然有效那為什麼還要發展出量子力學呢?這正是要回答題主問題的關鍵,也是本文接下來要講述的核心——量變帶來的質變。

    我們現在把牛頓定律統稱為牛頓物理或者叫做經典物理,其實很多人可能都不明白“經典”二字為何意,說白了,就是符合你想象的東西,差不多就是中學的那些東西。

    就算物理學的再差,肯定會有基本的科學意識,比如大家都認為你不會既在客廳又在臥室。19世紀之前的所有人和現在99.99%的人,都是這個科學意識,這就是經典的含義。

    而牛頓定律就是從我們日常經驗的物理量的範圍內總結出來的,它研究的問題都是在我們生活中能接觸到的範圍之內。由於有全球所有人,300多年日常經驗的檢驗,也讓大家對經典物理深信不疑。

    經典物理的定律也太多,我們就以牛頓三大定律為例吧。其實微觀和宏觀之間並沒有絕對的界限,如果非要說有,那麼就是普朗克常數了。通常認為,普朗克常數能引起明顯作用的,都適用量子力學。

    然而,牛頓定律仍然在發揮作用。比如牛頓第一定律,慣性定律。在沒有外力作用下物體將保持靜止或勻速直線運動。可能有人說,老郭你這話可就說得不對了,微觀粒子具有波粒二象性,任何時候,它的位置都是不確定的。

    其實這是您真的誤會了。一個粒子什麼情況下才會處於沒有外力作用的狀態呢?必須是孤立的粒子啊。然而這個世界存在這樣的粒子嗎?很顯然是沒有的。

    比如我們做電子衍射實驗的時候,如果我們去掉前面的狹縫,一個一個發射電子,你會發現,所有電子會打在同一個點上。電子透過狹縫之後會在接收屏上出現條紋,是因為狹縫作為一個宏觀物體與電子發生了相互作用。

    老式的陰極射線管電視機一直在給我們做這個實驗。射出的電子會被精準地控制在它該出現的位置上。輕微的散焦是因為電子的密度大,相互間的庫倫斥力導致的。

    同樣,牛頓第二、第三定律在微觀領域一樣是有效的,這裡我們就不具體分析了。

    很多人都能對經典物理如數家珍,也能對量子力學聊上那麼幾句。什麼波粒二象性、不確定原理、量子糾纏等等。其實有一個問題是很多人都忽視的,我也很少看到有科普文章提及,那就是在微觀領域,我們研究的並不是粒子本身的運動規律,而是整個“系統”的規律。

    還是要舉例來說明。在經典物理中做受力分析的時候,物體就是物體,施力者和受力者之間是隔離的,它們之間的作用以力的形式,可以從物體的運動狀態分析出來。比如我們分析兩個站在地面上的人的受力情況,摳掉一個人,並不會對另外一個人的受力狀態有什麼影響。因為這個人,不會對地球的引力造成影響。

    但是這樣的方法如果拿到微觀領域就不行了。這是因為,粒子的質量都很小,粒子與系統,粒子與粒子之間的作用一般都很強,它們之間會產生強烈的相互影響。你拿掉一個,相當於改變了整個系統的狀態,另外一個粒子當然就要受到影響了。

    所以我們看到,在量子力學中,我們能夠測量到的物理量——波長和振幅,其實都是已經包含了系統的資訊的。如果我們還用經典物理中孤立地看問題的方法,當然就不能對量子力學產生正確的理解了。

    其實這就是因為數量級的變化帶來的物理性質的變化,引起物質運動規律的主要影響因素髮生了變化導致的。我再舉一個例子來說明數量級變化帶來的影響。

    近期,新冠病毒霸屏,大家都知道病毒的主要傳播途徑是飛沫。為什麼飛沫能夠在空氣中長時間飛行而不落到地上呢?並不是因為萬有引力不存在了,實際上,引力一直都在。只是因為,飛沫通常都太小了,只有不到100微米。空氣分子熱運動產生的撞擊影響要遠大於重力的下落作用。

    所以,不是飛沫不會落地,而是在以及其緩慢的速度落地。與其說飛沫在空氣中飛,莫不如說飛沫其實是在空氣中“游泳”。這與汙水中的大顆粒可以很快沉底,而小顆粒會長時間懸浮在水中的道理是一樣的。

    同樣,在沒有完成物理學的大統一之前,量子力學即使不考慮引力的作用,同樣是一門非常精確的物理學的原因,因為引力要比其它力小几十個數量級,這點影響完全可以忽略不計。

    牛頓力學是不是在宏觀上有效,300年的應用,以及我們今天的宇宙航行依然在使用就足以給出答案了。牛頓力學當然同樣在微觀領域中有效,但是由於我們觀察的物理量數量級的劇烈變化,導致我們的觀測包含了微觀粒子與系統之間相互作用的資訊。所以才導致了牛頓力學這種用隔離法處理問題方式的失效,必須使用量子力學這樣“系統”性考慮問題的思路。

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