上帝擲骰子嗎

第一章:黃金時代

光的微粒說:光是由一粒粒非常小的“光原子”所組成的

光的波動說暇务,光不是一種物質(zhì)粒子,而是由于介質(zhì)的振動而產(chǎn)生的一種波怔软,在“以太”中傳播

第一次波粒戰(zhàn)爭垦细,波義爾提出,我們看到的各種顏色其實并不是物體本身的屬性挡逼,而是光照上去的結(jié)果

羅伯特·胡克寫了《顯微術(shù)》括改,支持波動說

艾薩克·牛頓做了關(guān)于光的色散實驗,支持微粒說

荷蘭物理學(xué)家惠更斯繼承了胡克的思想挚瘟,認(rèn)為光是一種在以太里傳播的縱波叹谁,并引入了“波前”等概念,成功的推導(dǎo)了光的反射和折射定理乘盖,寫出《光論》

牛頓出版《光學(xué)》焰檩,給波動說以毀滅打擊

微粒說勝利

第二次波粒戰(zhàn)爭

托馬斯·楊認(rèn)為光是波動,用光波的干涉效應(yīng)解釋牛頓環(huán)和衍射現(xiàn)象订框,出版了《自然哲學(xué)講義》析苫,做了光的雙縫干涉實驗

法國工程師菲涅爾采用了波動說的觀點,用嚴(yán)密的推理解釋了光的衍射問題穿扳,“泊松亮斑”

菲涅爾假設(shè)光是一種橫波衩侥,發(fā)表了《關(guān)于偏振光線的相互作用》,用橫波理論揭示了偏振現(xiàn)象

傅科進(jìn)行了光速測量實驗報告矛物,證明了光速在水中比在真空中慢

波動說勝利茫死,但無法解釋“以太”的問題

麥克斯韋與1856,1861和1865年發(fā)表了三篇關(guān)于電磁理論的論文,預(yù)言了光是電磁波的一種

卡爾斯魯厄履羞,海因里下臀·魯?shù)婪颉ず掌澴C明了電磁波的存在,光是電磁波的一種忆首,兩者具有共同的波的特性

經(jīng)典力學(xué)爱榔,經(jīng)典電動力學(xué)和經(jīng)典熱力學(xué)(加上統(tǒng)計力學(xué))形成了物理世界的三大支柱,是經(jīng)典物理的黃金時代糙及,物理學(xué)似乎已經(jīng)盡善盡美

赫茲的實驗中,發(fā)生了奇怪的現(xiàn)象,當(dāng)沒有光照射到接受器的時候版姑,接收器電火花所能跨越的最大空間距離就一下子縮小了漠酿,赫茲將它記錄下來谎亩,并寫成《論紫外線在放電中產(chǎn)生的效應(yīng)》

第二章:烏云

開爾文指出匈庭,“在物理學(xué)陽光燦爛的天空中漂浮著兩朵烏云”阱持,分別指經(jīng)典物理在光以太和麥克斯韋——玻爾茲曼能量均分學(xué)說上遇到的難題衷咽,即人們在邁克爾遜——莫雷實驗和黑體輻射研究中的困境

邁克爾遜——莫雷實驗镶骗,想要探測光以太對于地球的漂移速度鼎姊,但結(jié)果顯示以太似乎對于穿越其中的光線毫無影響

第一朵烏云導(dǎo)致了相對論革命的爆發(fā)相寇,第二朵烏云導(dǎo)致了量子論革命的爆發(fā)

物理上定義的“黑體”钮科,指的是那些可以吸收全部外來輻射的球體

維恩從經(jīng)典力學(xué)的思想出發(fā)绵脯,從粒子的角度桨嫁,提出了自己的輻射能量分布定律公式

盧梅爾和普林舍姆提出璃吧,能量密度在長波范圍內(nèi)應(yīng)該和絕對溫度成正比,與維恩的理論不同

瑞利——金斯公式對維恩理論做出了補(bǔ)充筒繁,從電磁波的角度,在長波范圍內(nèi)符合實驗數(shù)據(jù)驮宴,但在短波范圍內(nèi)又失敗了堵泽,被稱為“紫外災(zāi)變”

普朗克提出了普朗克黑體公式迎罗,完美符合實驗數(shù)據(jù)纹安,但他并不知道這個公式背后的物理意義

普朗克為了解釋這個公式厢岂,引入分子運動理論阳距,并假設(shè)能量在發(fā)射和吸收的時候,不是連續(xù)不斷的窗怒,而是分成一分一分的

普朗克提出了“量子”扬虚,普朗克常數(shù)

盡管提出了量子咽斧,但普朗克本人對此持保守態(tài)度

第三章:火流星

光電效應(yīng):當(dāng)光照射到金屬上的時候坎匿,會從它的表面打出電子來

光的頻率承桥,決定它是否能夠從金屬表面打出電子來,光的強(qiáng)度襟衰,決定打出電子的數(shù)目徘意,這與麥克斯韋的電磁理論的預(yù)言剛好相反

愛因斯坦認(rèn)為光也是由一份一份的基本單位組成的勤讽,稱為光量子向臀,光子

關(guān)鍵的假設(shè)是:光以量子的形式吸收能量芹彬,沒有連續(xù)性好乐,不能累積反璃。一個光量子激發(fā)出一個對應(yīng)的電子

但這與傳統(tǒng)的經(jīng)典物理體系格格不入

第三次波粒戰(zhàn)爭

密立根的實驗在很大程度上證實了愛因斯坦方程的正確性

康普頓通過研究X射線被自由電子散射的現(xiàn)象梧田,推導(dǎo)出波長變化和散射角的關(guān)系式穿稳,即康普頓效應(yīng)

J.J.湯普遜在研究陰極射線時發(fā)現(xiàn)了電子它改,提出了“棗糕模型”

盧瑟福進(jìn)行了α粒子散射實驗,提出了行星模型截亦,但這個模型是不穩(wěn)定的

玻爾提出了量子化電子袍啡,有軌原子模型

第四章:白云深處

斯特恩——蓋拉赫實驗證明了電子在空間中的運動方向是不連續(xù)的

泡利不相容原理

玻爾的理論有很多無法解釋的現(xiàn)象

德布羅意波境输,德布羅意預(yù)言電子在通過一個小孔或者晶體的時候嗅剖,會產(chǎn)生一個可觀測的衍射現(xiàn)象

戴維遜和革末通過實驗精確地證明了電子的波動性

玻色——愛因斯坦統(tǒng)計黔攒,將光看成是不可區(qū)分的粒子的集合旅掂,推導(dǎo)出普朗克的黑體公式

微粒說波動說打得不可開交,僵持不下

第五章:曙光

海森堡認(rèn)為物理學(xué)只能從一些直接可以被實驗觀察和檢驗的東西出發(fā),玻爾的電子軌道是想象出來的疫向,不是實際觀察到的

海森堡的表格和玻爾的不同搔驼,他沒有做任何假設(shè)和推論侈询,不包含任何不可觀察的數(shù)據(jù)扔字,但作為代價,它采用了一種二維的龐大結(jié)構(gòu)

海森堡扭粱,波恩琢蛤,約爾當(dāng)發(fā)表了《論量子力學(xué)II》,構(gòu)建了矩陣力學(xué)

狄拉克使用泊松括號博其,建立了四年的袋鼠慕淡,同樣不符合乘法交換律

第六章:殊途同歸

薛定諤相信德布羅意的理論挂据,將之用到原子體系的描述中去儿普,推導(dǎo)出了薛定諤波動方程眉孩,構(gòu)建了波動力學(xué)

矩陣力學(xué)和波動力學(xué)在數(shù)學(xué)上是等價的浪汪,都是從經(jīng)典的哈密頓函數(shù)而來,只不過一個從粒子的運動方程出發(fā)广恢,一個從波動方程出發(fā)

波恩認(rèn)為薛定諤波函數(shù)代表一種隨機(jī)钉迷,一種概率糠聪,而不是薛定諤認(rèn)為的是電子電荷在空間中的實際分布舰蟆,但這違反了經(jīng)典的決定論

第七章:不確定性

海森堡發(fā)現(xiàn)身害,無法既準(zhǔn)確的知道一個電子的位置题造,又準(zhǔn)確地了解它的動量,因為觀測時的光子會對電子發(fā)起撞擊谴返,改變速度减宣,稱為“測不準(zhǔn)定理”袜腥,也叫“不確定性原理”

能量E與時間t也是無法測準(zhǔn)的一對

玻爾認(rèn)為,不確定性是建立在波和粒子的雙重基礎(chǔ)上的鲤屡,他其實是電子在波和粒子間的一種搖擺:對于波的屬性了解的越多酒来,對于粒子的屬性就了解的越少堰汉,即“互補(bǔ)原理”

電子的波粒二象性翘鸭,我們不關(guān)心電子“本來”是什么就乓,只關(guān)心我們觀測到電子是什么档址,關(guān)鍵是我們?nèi)绾巍坝^察”他,而不是他究竟是什么

討論哪個是“真實”毫無意義浦妄,我們唯一能說的剂娄,是在某種觀察方式確定的前提下阅懦,它呈現(xiàn)出什么樣子來

談?wù)撊魏挝锢砹慷际菦]有意義的耳胎,除非你首先描述你測量這個物理量的方式

哥本哈根學(xué)派認(rèn)為一個在臆想的世界中生存的惯吕,完全探測不到的電子,和根本沒有這樣一個點子之間又有什么區(qū)別呢

不存在一個客觀的怕午,絕對的世界废登,唯一存在的,就是我們能夠觀測到的世界郁惜。物理學(xué)的全部意義堡距,不在于它能夠揭示出自然“是什么”,而在于它能夠明確兆蕉,關(guān)于自然我們能“說什么”

測量是新物理學(xué)的核心羽戒,測量行為創(chuàng)造了整個世界

根據(jù)奧卡姆剃刀,“存在虎韵,但絕對觀測不到”之類的論斷都是毫無意義的缩多,因為這和“不存在”根本就是一碼事绳泉,無法區(qū)分開來

哥本哈根學(xué)派核心:概率解釋,不確定性原理和互補(bǔ)原理

在我們觀測電子前,它實際上處于一種疊加態(tài),所有關(guān)于位置的可能性疊合在一起片拍,彌漫到整個空間碉钠,但當(dāng)我們真的去“看”它時恭金,它被迫做出選擇斤寂,以一個確定的位置出現(xiàn)在我們面前溪猿,這個現(xiàn)象被稱為“坍縮”

第八章:決戰(zhàn)

科莫會議

第五屆索維爾會議依痊,愛因斯坦與玻爾

第六屆索維爾會議,愛因斯坦提出光箱實驗群井,被玻爾反駁成功

愛因斯坦提出了EPR佯謬指蚁,但是失敗了

薛定諤提出薛定諤的貓

第九章:歧途

維格納論證說搓劫,意識可以作用于外部世界秘蛔,可以引起波函數(shù)的坍縮

什么是意識?意識是組成腦的原子群的一種“組合模式”叠赐,我們的意識谈山,完全建立在我們腦袋的結(jié)構(gòu)模式上鸽粉。

意識不是一個獨立的存在儡首,而是系統(tǒng)復(fù)雜到一定程度后表現(xiàn)出來的客觀性質(zhì)鹅髓。它雖然是一種組合機(jī)制醒串,但脫離了具體的物質(zhì)(暫時肉體是唯一可能)它也無法表現(xiàn)出來

惠勒提出的“延遲實驗”說明,我們何時選擇光子的“模式”,對于實驗結(jié)果沒有影響,即宇宙的歷史悼吱,可以在它發(fā)生以后才被決定究竟是怎樣發(fā)生的严嗜。我們的觀測行為本身參與了宇宙的創(chuàng)造過程刨秆!這就是所謂的“參與性宇宙”模型送粱,“人擇原理”

參與性宇宙是增強(qiáng)的人擇原理槽卫,它不僅表明我們的存在影響了宇宙的性質(zhì)躲庄,更甚,我們的存在創(chuàng)造了宇宙和它的歷史本身效览。各種宇宙常數(shù)首先是一個不確定的疊加,只有被觀測者觀察后才變成確定听绳,但這樣一來它們又必須保持在某些精確的范圍內(nèi)适掰,以便創(chuàng)造出一個好的環(huán)境,令觀測者有可能在宇宙中存在并觀察他們

哥本哈根學(xué)派的理論最終走向了“意識”

另一種解釋呼寸,休·埃弗萊特艳汽,“多世界解釋”,波函數(shù)從未坍縮对雪,而只是世界和觀測者本身進(jìn)入了疊加狀態(tài)河狐,當(dāng)電子穿過中縫后,整個世界瑟捣,包括我們本身成為了兩個獨立的疊加馋艺,在每一個世界里,電子以一種可能出現(xiàn)

一個復(fù)雜系統(tǒng)的狀態(tài)可以看成某種高維空間中的一個點或者一個矢量

“真實的迈套,完全的”宇宙態(tài)矢量存在于一個非常高維(可能是無限維)的希爾伯特空間中捐祠,但這個高維的空間卻由許多低維的“世界”所構(gòu)成,每個世界都只能感受到那個“真實”的矢量在其中的投影桑李。因此每個“世界”感覺到的宇宙都是不同的

為什么我們在宏觀世界中從來沒有觀測到量子尺度上的疊加狀態(tài)呢踱蛀?這可以用退相干理論來解釋

第十章:回歸經(jīng)典

當(dāng)我們只談?wù)撐⒂^的物體時,牽涉到的粒子數(shù)量是極少的崩泡,用以模擬它的希爾伯特空間維數(shù)相對也較低。而一旦當(dāng)我們考慮宏觀層面上的事件磷蜀,例如用某儀器去測量污它,或者我們親自去觀察的時候,我們就引入了一個極為復(fù)雜的態(tài)矢量和一個維數(shù)極高的希爾伯特空間。在這樣一個高維空間中葬毫,兩個世界之間的聯(lián)系被自然的抹平了贴捡,它們互相正交烂斋,彼此失去了聯(lián)系。這個過程就叫做“離析”或者“退相干”

“量子自殺”實驗香缺,“量子永生”锋拖,如果多宇宙理論是正確的适袜,那我們得到的推論是:一旦一個意識開始存在售貌,從它自身的交付來看,它就必定永生恒削,這就是最強(qiáng)版本的人擇原理,也成為“終極人擇原理”

量子計算機(jī)

第三種解釋:“隱變量理論”钓丰,德布羅意提出每币,馮諾依曼證偽,但馮諾依曼的證明是錯的

大衛(wèi)·波姆構(gòu)造出了一個完整的隱變量體系兰怠,但它有笨重而丑陋的附加假設(shè)则北,在恢復(fù)了世界的實在性和決定性的同時尚揣,放棄了定域性

“貝爾不等式”

第十二章:不等式的裁決

貝爾支持愛因斯坦塔次,推導(dǎo)出貝爾不等式,但EPR實驗突破了貝爾不等式继榆,證明量子論是對的巾表,定域的隱變量理論是不存在的

那么汁掠,是放棄實在性還是放棄定域性

第四種解釋,“系綜解釋”集币,把量子論看作一種純統(tǒng)計的理論:它無法對單個系統(tǒng)做出任何預(yù)測考阱,它所推導(dǎo)出的一切結(jié)果,都是一個統(tǒng)計上的概念鞠苟。也就是說乞榨,在量子論看來,我們的世界不存在什么單個的事件当娱,每一個預(yù)測吃既,都只能是平均式的,針對整個集合

GRW理論:任何系統(tǒng)跨细,不管是微觀的還是宏觀的态秧,都不可能在嚴(yán)格意義上孤立,也就是和外界毫不相干扼鞋,他們總是和環(huán)境發(fā)生著種種交流,為一些隨機(jī)的過程所影響愤诱,這些隨機(jī)的物理過程云头,不管他們實質(zhì)上是些什么,會隨機(jī)的造成某種微觀系統(tǒng)淫半,也叫作“自發(fā)定域理論”

第十三章:新探險

退相干歷史解釋(DH):只有足夠粗略的歷史才能被估計溃槐,太過精細(xì)的歷史會彼此干涉,也稱作“一致歷史”科吭,“多歷史”

我們每時每刻都經(jīng)歷著多重的歷史昏滴,世界上的每一個粒子,事實上都處在所有可能歷史的疊加中对人,但一旦涉及到宏觀物體谣殊,我們所能觀察和描述的無非是一些粗略化的歷史,當(dāng)細(xì)節(jié)被抹去時牺弄,這些歷史便互相退相干姻几,永久的失去了聯(lián)系

費因曼提出的路徑積分是第三種等價的表示量子力學(xué)的方法

電磁力與弱相互作用力是統(tǒng)一的,是同一個力的兩個方面

量子色動力學(xué)势告,描述夸克之間的強(qiáng)相互作用力

量子論如何與廣義相對論結(jié)合在一起蛇捌,構(gòu)造出“萬能理論”

超弦理論,M理論

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