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量子力學的革命(三)---- 維基百科
2023/10/28 21:54:00瀏覽119|回應0|推薦0

◎海森堡不確定性原理

海森堡原本解釋他的不確定性原理為測量動作的後果:準確地測量粒子的位置會攪擾其動量,反之亦然。他並且給出一個思想實驗為範例,即著名的海森堡顯微鏡實驗,來說明電子位置和動量的不確定性。這思想實驗關鍵地倚靠德布羅意假說為其論述。但是現今,物理學者認為,測量造成的攪擾只是其中一部分解釋,不確定性存在於粒子本身,是粒子內秉的性質,在測量動作之前就已存在。實際而言,對於不確定原理的現代解釋,將尼爾斯·波耳海森堡主導提出的哥本哈根詮釋加以延伸,更甚倚賴於粒子的波動說:就如同研討傳播於細繩的波動在某時刻所處的準確位置是毫無意義的,粒子沒有完美準確的位置;同樣地,就如同研討傳播於細繩地脈波的波長是毫無意義地,粒子沒有完美準確的動量。此外,假設粒子的位置不確定性越小,則動量不確定性越大,反之亦然。

◎光同時顯現波動性和粒子性

一直以來,人們從未直接觀測到粒子在同一時刻表現出波和粒子的形態。2015年3月2日,來自洛桑聯邦理工學院(EPFL)的研究者們發表了他們的新發現。他們用射入奈米線的光脈衝的兩個反向分量形成駐波,然後在附近注入一束電子,電子束因遭遇光駐波而被加速或減速,通過記錄這些速度改變的區域,研究者們得以顯現駐波的外觀,而駐波體現了光的波動性。實驗在顯現光的波動性的同時,也顯示了其粒子性。當電子進入駐波,它們撞擊光子並改變了速度。速度上的變化表明光子和電子之間能量包(量子)的交換。這種速度上的變化以及它所暗示的能量交換表明駐波中存在的粒子行爲。 主持實驗的法布利茲歐卡崩認爲,這表明量子力學的悖論式的特質是可以被直接記錄的,還認為像這樣在奈米尺度描繪並且控制量子現象開闢了通向量子計算的新途徑。他們的突破性研究發表在自然通訊。

◎哥本哈根詮釋

哥本哈根詮釋(英語:Copenhagen interpretation),或譯哥本哈根解釋,是量子力學的一種詮釋。這一理論認為,在量子力學裏,量子系統的量子態,可以用波函數來描述。這是量子力學的一個關鍵特色。波函數是數學函數,專門用來計算粒子在某位置或處於某種運動狀態的機率,測量的動作造成了波函數塌縮,原本的量子態機率地塌縮成一個測量所允許的量子態。 二十世紀早期,物理學家從一些關於小尺寸微觀物理的實驗裏,發現了很多古典物理完全無法解釋的新穎量子現象。於是,物理學家提出了一些嶄新的理論替而代之,以精確地解釋新發現的量子現象。但是,內嵌於這些經驗理論的,是一種關於小尺度真實世界的新模型。它們所給予的預測,常使物理學家覺得相當地反直覺,甚至它們的發現者都感到極其驚訝。哥本哈根詮釋嘗試在實驗證據的範圍內,給予實驗結果和相關理論表述一個合理的解釋。換句話說,它試著回答一個問題:這些奇妙的實驗結果到底有什麼意義? 哥本哈根詮釋主要是由尼爾斯·波耳和維爾納·海森堡於1927年在丹麥哥本哈根合作研究時共同提出的。此詮釋延伸了由德國數學家、物理學家馬克斯·玻恩所提出的波函數的機率表述,之後發展為著名的不確定性原理。他們所提的詮釋嘗試要對一些量子力學所帶來的複雜問題提出回答,比如波粒二象性以及測量問題。

此後,量子理論中的機率特性便不再是猜想,而是作為一條定律而存在了。量子論以及這條詮釋在整個自然科學以及哲學的發展和研究中都起著非常顯著的作用。 哥本哈根詮釋給了量子系統的量子行為一個精簡又易懂的解釋。1997年,在一場量子力學研討會上,舉行了一個關於詮釋論題的意向調查,根據這調查的結果,超過半數的物理學家對哥本哈根詮釋感到滿意;第二多的是多世界詮釋。雖然當前的傾向顯示出其它的詮釋也具有相當的競爭力,但在20世紀期間,大多數的物理學家都願意接受哥本哈根詮釋。 由於哥本哈根詮釋是由幾位物理學家的觀點共同構成,所以哥本哈根詮釋並不是一句話就可以概括的。以色列物理學家艾雪·佩雷斯在一篇論文中特別提到,有兩位物理學家對哥本哈根詮釋給予了天壤之別的定義。

哥本哈根詮釋包含了幾個重要的觀點:

1.一個量子系統的量子態可以用波函數來完全地表述。波函數代表一個觀察者對於量子系統所知道的全部資訊。

2.按照玻恩定則,量子系統的描述是機率性的。一個事件的機率是波函數的絕對值平方。(馬克斯·玻恩

3.不確定性原理闡明,在量子系統裏,一個粒子的位置和動量無法同時被確定。(海森堡

4.物質具有波粒二象性;根據互補原理,一個實驗可以展示出物質的粒子行為,或波動行為;但不能同時展示出兩種行為。(尼爾斯·波耳)

5.測量儀器是古典儀器,只能測量古典性質,像位置,動量等等。

6.對應原理:大尺度宏觀系統的量子物理行為應該近似於古典行為。(尼爾斯·波耳與海森堡)

( 知識學習隨堂筆記 )
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引用
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