读《第一性原理》D21-7

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【金句】

粒子可以表现出波的性质,波也可以表现出粒子的性质。

我们从未真正观察世界,我们观察的是自己。

【第7章,量子理论】

构成世界的基本单位——原子、电子、光子等竟然会表现出两种截然相反的性质。它们可以表现得像粒子,就像微缩的台球;也可以表现得像波,就像池塘水面上扩散的涟漪。

构成世界的基本单位既不是粒子也不是波,而是一种在我们的词汇中不存在,也无法用日常生活中的任何东西进行类比的概念。

波动力学——“量子理论”,让激光、计算机和核反应堆成了现实,也解释了为什么我们脚下的大地如此坚固以及为什么太阳会发光发热。

量子波不仅可以表示粒子在空间中的位置,而且可以表示粒子的任何已知属性。

一个粒子不仅可以同时位于两个或多个不同的位置,还可以同时做两件或多件不同的事。这是量子计算机的基本原理,正是利用这一性质同时进行多种运算的。

越是确定粒子的位置,就越是不能确定粒子的动量;反过来,越是确定粒子的动量,就越是不能确定粒子的位置。这是海森堡不确定性原理,它告诉我们永远不可能知道量子世界的全部。

【知识补充与延展】

托马斯·杨是18世纪末至19世纪初英国最杰出的通识学家之一,被誉为“世界上最后一个什么都知道的人”。他不仅是医学家、语言学家,还是物理学的奠基人,尤其以光学领域的突破性贡献而闻名。

亚瑟·康普顿是美国著名的实验物理学家和天体物理学家,以发现“康普顿效应”而闻名,并因此获得了诺贝尔物理学奖。他的工作对量子力学的发展具有里程碑式的意义。

尼尔斯·玻尔 (Niels Henrik David Bohr),1885年10月7日生于丹麦哥本哈根,1962年11月18日逝世于同城。他是20世纪最杰出的物理学家之一,被认为是现代原子结构理论和量子力学的奠基人,对科学理论的哲学解读也有深刻贡献。

退相干(Decoherence)是量子力学中的一个核心概念,指的是量子系统由于与外部环境相互作用,导致其量子叠加态(Coherent Superposition)“消失”,转变为经典概率混合态(Classical Mixed State)的过程。

相长干涉 VS 相消干涉。相长干涉是物理学中的一种基本干涉现象,指两列或多列波在相遇时,由于它们的相位相同相位差为整数倍的全波长,导致波的振幅相加,从而产生强度增强、亮度增加的干涉现象。相消干涉是相长干涉的对应现象,指两列或多列波在相遇时,由于它们的相位相反相位差为半个波长的奇数倍,导致波的振幅相互抵消,从而产生强度减弱、暗度增加的干涉现象。

詹姆斯·克拉克·麦克斯韦(James Clerk Maxwell,1831年6月13日—1879年11月5日),出生于苏格兰爱丁堡,是19世纪最伟大的物理学家和数学家之一,被誉为“经典电动力学之父”以及“统计物理学奠基人”

理查德·菲利普斯·费曼(Richard Phillips Feynman,1918年5月11日-1988年2月15日)是美国著名理论物理学家、诺贝尔奖得主,被誉为20世纪最具影响力的科学家之一,也是“伟大的阐释者(the Great Explainer)”

动量(Momentum)是物理学中描述物体运动状态的重要物理量。它是物体质量和速度的乘积,是一种具有方向性的矢量量。

海森堡不确定性原理(Heisenberg Uncertainty Principle)是量子力学中最核心、最具革命性的原理之一。它揭示了微观粒子(如电子、光子等)的运动规律与我们传统的直觉存在根本性的冲突。

威利斯·尤金·兰姆(Willis Eugene Lamb, Jr., 1913-2008)是美国杰出的实验物理学家和量子物理学家,因发现氢原子光谱中的“兰姆位移”而获得1955年诺贝尔物理学奖。

波粒二象性(Wave-Particle Duality)是量子力学中的核心概念之一,指微观粒子(如光子、电子、原子、分子等)既具有波动性质,又具有粒子性质的特性。

角动量守恒定律指出:当一个系统所受的合外力矩(Torque)为零时,系统的总角动量保持不变。这意味着如果没有外部扭转作用,旋转的物体或系统会保持其旋转速率和方向不变。

阿兰·阿斯佩(Alain Aspect,1947年6月出生)是法国杰出的实验物理学家,因在验证量子纠缠和贝尔不等式实验方面的突破性贡献,于2022年荣获诺贝尔物理学奖。

量子化(Quantization)是量子力学中的一个核心概念,它描述了物理量从经典物理学的连续取值变为在微观尺度上只能取离散特定值(即“量子”)的过程。本质是指物理系统的某些特定属性(如能量、角动量、电荷等)不再是连续的,而是分成一个个不可再分的离散“单元”(量子)。这与宏观世界中物体可以连续分割的常识形成了鲜明对比。

量子理论(Quantum Theory)是现代物理学的基石之一,描述了微观粒子(如原子、电子、光子、分子等)行为的理论体系。它揭示了自然界在最基本层面上的离散性和概率性,彻底颠覆了经典物理学(牛顿力学)的确定性和连续性观念。

量子场是构成世界的基本单位。物质由原子构成,原子由原子核和电子构成,原子核由质子和中子构成,质子和中子由夸克构成,而夸克和电子由场构成。量子场就是自然阶梯的基石。

【来自柯言慧语读书随笔】

启示:这一章的联想是几维空间,我们可以存在于好几个空间中。从阅读顺序上来说这一章进入了极微观世界。

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