在今日看來，已經沒有人再會去對量子力學産生懷疑了。

但是，在量子力學誕生的年代裡，它卻如鬼魅般折磨着科學家們，甚至曾經提出它的科學家們都曾極力地去否決它。

粒子不确定性運動

在普朗克提出量子說、愛因斯坦提出波粒二象性之後，科學家們就在嘗試如何去解釋波粒二象性及其測量問題。

但是，随着人們對微觀粒子的行為進行研究時，一些奇特的現象就出現了。

1927年，德國科學家海森堡在其論文中如此設想：

用一個γ射線顯微鏡來觀察一個電子的坐标，因為γ射線顯微鏡的分辨本領受到波長λ的限制，所用光的波長λ越短，顯微鏡的分辨率越高，從而測定電子坐标不确定的程度就越小，所以

△q∝λ

但另一方面，光照射到電子，可以看成是光量子和電子的碰撞，波長λ越短，光量子的動量就越大，所以有

△p∝1/λ

再比如，用将光照到一個粒子上的方式來測量一個粒子的位置和速度，一部分光波被此粒子散射開來，由此指明其位置。

海森堡

但人們不可能将粒子的位置确定到比光的兩個波峰之間的距離更小的程度，所以為了精确測定粒子的位置，必須用短波長的光。

但普朗克的量子假設，人們不能用任意小量的光：人們至少要用一個光量子。這量子會擾動粒子，并以一種不能預見的方式改變粒子的速度。

所以，簡單來說，就是如果要想測定一個量子的精确位置的話，那麼就需要用波長盡量短的波，這樣的話，對這個量子的擾動也會越大，對它的速度測量也會越不精确；

如果想要精确測量一個量子的速度，那就要用波長較長的波，那就不能精确測定它的位置。

于是，經過一番推理計算，海森堡得出：

△q△p≥ħ/2（ħ=h/2π, h:普朗克常量）

海森堡寫道：“在位置被測定的一瞬，即當光子正被電子偏轉時，電子的動量發生一個不連續的變化，因此，在确知電子位置的瞬間，關于它的動量我們就隻能知道相應于其不連續變化的大小的程度。于是，位置測定得越準确，動量的測定就越不準确，反之亦然。”

這個理論曾經被稱為“測不準原理”。但是，如此稱謂卻給人們一種錯覺，因為裡面明顯存在一種“觀察者效應”在裡面幹擾微觀粒子的行為。

那麼如果觀察者不去觀察粒子，粒子的行為是不是就不會不确定了呢？

後來科學家厄爾·肯納德也在同年得出海森堡類似的結果，而且他通過數學證明，微觀粒子的不确定性行為與觀察者的行為并沒有關系。

因為根據方程式人們可以清晰地看見，此時的微觀粒子的運動其實除了具有粒子性也具有波動性，而就像所有波的系統一樣，波的運動軌迹是無法确定的。

波動性:同一位置的粒子的上下運動軌迹

所以，微觀粒子運動的不确定性是粒子固有的，并不與觀察者效應有關。也正是出于這種目的考慮，現在人們在表述這一特性時，已經不再使用“測不準原理”，而改用“不确定性原理”這一稱謂。

粒子波動行為

就在海森堡提出不确定性原理的同年，玻爾提出了量子互補性原理。對于海森堡的微觀粒子的位置和動量二者不可同時測量的特性。

玻爾如此解釋到，在經典宏觀世界裡，人們可以用同一種設備去不斷測試物體的性質，而測試所帶來的差異對實驗結果的影響微乎其微，所以并不會影響人們去獲得物體的完整的屬性。

但是，當到了微觀世界，任何測試手段都将作用或部分作用于微觀粒子，而這種測試行為卻将引起微觀粒子的屬性發生根本改變，所以無法用一種測試方法來獲得微觀粒子的所有信息。

因此不能用同一個實驗去測量物體所有的性質，不同的實驗也就可能得出互相矛盾的結果，這些結果無法放到一個統一的物理圖景中，隻有用互補原理這個更寬廣的思維框架将這些互相矛盾的性質結合起來，才能去盡量更完整地描述微觀現象。

玻爾

當時玻爾為什麼會如此構思，其實是有其背景環境的：

3年前德布羅意提出物質波，2年前玻爾的學生海森堡從對應原理提出矩陣力學，而1年前年薛定谔從波動性導出波動力學，後來證明這兩種力學在數學上是等價的。

這些結果表明，不論從粒子性還是從波動性進行理論分析都會得到相同的結果。

于是，在此基礎上，玻爾提出：光和粒子都有波粒二象性，而波動性與粒子性又不會在同一次測量中出現，那麼，二者在描述微觀粒子時就是互斥的；另一方面，二者不同時出現就說明二者不會在實驗中直接沖突。同時二者在描述微觀現象，解釋實驗時又是缺一不可的。因此二者是“互補的”。

雙縫幹涉：波粒二象性

在盧森堡提出不确定性原理，玻爾提出互補原理之後，以丹麥哥本哈根為代表的學術團體正式形成。在他們的理論發展過程中，概率特性伴随着微觀粒子的始終。當年人們由馬克斯·玻恩所提出的波函數的概率表述發展出不确定性原理，量子理論中的概率特性便不再是猜想，而是作為一條定律而存在了。

電子雲

既然，微觀粒子存在概率行為，自然玻爾等對量子行為的解釋就不再滿足于去尋找“經典”的解釋方案。

在薛定谔提出波動力學之後，玻爾等人嘗試用概率幅的概念去解釋量子行為。雖然薛定谔本人對此明确表示反對，但是，量子力學中的“鬼魅”卻産生了。

在哥本哈根學派的理論中，粒子本身的狀态就有概率性，而在概率性的背後有着它背後的“波函數”。

薛定谔

當波函數坍縮，粒子出現與否就見分曉，而在波函數坍縮之前，粒子的狀态是“混沌”的。也就是說，粒子介于“出現”和“不出現”之間！

顯然，這種現象是違反經典世界觀的，因為我們從未看到有種東西可以處于“既生又死”的狀态。于是，愛因斯坦對此進行反駁，他認為波爾等的思想是極其荒謬的。他堅持“上帝是不會擲骰子的”。波爾的學說是違反邏輯的。

支持愛因斯坦的薛定谔為此提出了一種“既死又活的貓”的思想假說，以試圖證明波爾等人的錯誤。

薛定谔的貓

他指出，将一隻貓關在裝有少量鐳和氰化物的密閉容器裡。鐳的衰變存在幾率，如果鐳發生衰變，會觸發機關打碎裝有氰化物的瓶子，貓就會死；如果鐳不發生衰變，貓就存活。根據量子力學理論，由于放射性的鐳處于衰變和沒有衰變兩種狀态的疊加，貓就理應處于死貓和活貓的疊加狀态。這隻既死又活的貓就是所謂的“薛定谔貓”。但是是不可能存在既死又活的貓，則必須在打開箱子後才知道結果。

但是萬萬沒想到，薛定谔的貓非但沒有将波爾等人的駁倒，卻在宣揚哥本哈根學派解釋下的量子力學學說起到推波助瀾的效果。

既然，科學界對量子力學有如此大的分歧，那自然調和這種分歧就需要碰撞。

于是，物理學史上著名的量子力學大辯論就此拉開序幕。雙方辯論的主力分别是波爾和愛因斯坦。篇幅所限，具體内容就不再細述。但是其争辯的結局卻是，誰也說服不了誰！

愛-玻之争

愛因斯坦在論戰中一直試圖去證明哥本哈根學派的錯誤，但是所有努力卻都被波爾等化解。

在當時，鑒于愛因斯坦在科學界的權威，以及波爾等人的學說的“非經典性”。人們對此都持遲疑狀态。

但是，根本哈根學派對量子力學的解釋卻因此進入大衆的視角。

随着愛因斯坦的去世，人們似乎再也無法組織像樣的對量子力學的攻擊。

于是，量子力學慢慢在科學界赢得更多支持。

既是粒子又是波

1996年，美國科學家宣布，他們成功讓6個铍離子系統實現了自旋方向完全相反的宏觀量子疊加态，也就是量子力學理論中的“薛定谔貓”态。

Monroe等人用單個铍離子做成了“薛定谔的貓”并拍下了快照，發現铍離子在第一個空間位置上處于自旋向上的狀态，而同時又在第二個空間位置上處于自旋向下的狀态，而這兩個狀态相距80納米之遙！（1納米等于1毫微米）——這在原子尺度上是一個巨大的距離。

想像這個铍離子是個通靈大師，他在紐約與喜馬拉雅同時現身，一個他正從摩天樓頂往下跳傘；而另一個他則正爬上雪山之巅！——量子的這種“化身博士”特點，物理學上稱“ 量子相幹性”。

1997年，在一場量子力學研讨會上，舉行了一個關于诠釋論題的意向調查，根據這調查的結果，超過半數的物理學家對哥本哈根诠釋感到滿意。

生活中應該有精彩的知識和故事！

碼字不易，認可歡迎關注、點贊和評論

大千世界，精彩不斷，切勿一人獨行！

「聲明：本文原創」

,

更多精彩资讯请关注tft每日頭條，我们将持续为您更新最新资讯!

查看全部