量子世界中的波函数到底是数学描述还是实体

2021-09-03 05:37:24 字数 6273 阅读 7561

1楼:度欢

波函数实在诠释, 将波函数看作是微观物体的真实存在, 而不再是简单的数学描述。

1、双缝实验结论:

通过双缝实验,我们知道微观粒子在实验的两端更加类粒,在中间却表现出波动性。微观粒子这种既有粒子性又有波动性的性质,被科学家称作波粒二象性。美国物理学家惠勒将这种量子力学中最本质的不确定性比作“烟雾缠绕的巨龙”。

人们可以看到巨龙的头,它是粒子产生的源头;也可以看到巨龙的尾巴,它是实验观测的结果。巨龙的头和尾巴都是确定的、清晰的,但是巨龙的身体却是一团迷雾,没有人可以说清。

2、延迟选择实验结论:

在延迟选择实验中,科学家用左下角的半透镜(涂着半镀银的反射镜)来代替双缝,并且把该半透镜与光子的入射路径摆成45度角,那么,光子就有一半可能直接通过半透镜,一半可能被反射成90度角,这是一个量子随机过程,跟它选择双缝中的左缝和右缝本质上是一样的。

同时,在左上角和右下角分别放置一个全反射镜,这样就可以把这两条分开的岔路再交汇到一起。此外,还需要在路径1和路径2的终点处装上探测器,用来确定光子究竟是沿着哪条路径过来的。

3、最新诠释:

清华大学龙桂鲁教授并不认同哥本哈根诠释对延迟选择实验的解释,他不认同现在的观测会影响过去的决定。

他认为,不管后来是否在终点放置半透镜,光子都是选择同时走两条路径,即波函数**成了两个子波函数,同时沿着两条路径向终点“游去”。

4、龙桂鲁教授结论:

“波函数是实在的东西,它就像一片甚至是几片云,不仅有大小,而且有相位,它们还会变化,弥散在空间。

在双狭缝实验中,波函数有一部分通过左缝,一部分通过右缝。很难理解一个小球同时在左狭缝和右狭缝,而波函数的‘云’分成两部分,分别通过左、右狭缝就很自然,也非常容易理解了。更重要的是,不会有后发生的事情影响以前已经发生的事情这种非常不自然的现象了。

这也解释了延迟实验中为什么光子同时通过两条路径,也解释了为什么会出现干涉现象。”龙桂鲁说。

5、波函数:

百年来,波函数的本质问题就像是迷雾一般弥散在人们眼前,阻碍了对神秘量子世界的清晰认识。据波函数理论衍生出来的诸如激光、半导体和核能等高新技术,深刻地变革了人类社会的生活方式。

作为量子力学核心观念的波函数在实际中的意义如何,一直以来人们都众说纷纭,并无共识。中国科学院院士孙昌璞曾表示,直到今天,量子力学发展还是处在一种令人尴尬的二元状态:在应用方面一路高歌猛进,在基础概念方面却莫衷一是。

量子力学对于世界的解释到底是什么?没有观测时,处于一种波函数,未确定状态。

2楼:0帅0帅0帅

可以明确告诉你,量子力学不是隐参量,这是有数学证明的。至少是理论物理研究生水内平的知识中,没有看到

容任何量子力学与平行世界的关系。 波函数坍塌,或者说,未观察时处于不确定的态,这才是量子力学真正特别的地方。但这个结论并不是由已有的知识推理得出的,而是经过大量实验观察后,被人提出的。

没有人知道为什么是这样,没有人知道是否又更本质的东西,但因为按照这套理论能解释与预言出很多实验现象,所以人们就相信它至少在现在是正确的。物理学的基本定律都是这样得来的,都是无法从已有的知识中推导出来,只能人为去规定。比如说牛二定律,库仑定律,凭什么加速度与受力成正比?

凭什么电磁作用力与距离平方成反比?没人知道为什么如此,只是我们看到的现象都是这样,所以我们就相信了。在这一点上,量子力学也是如此。

另外,退相干没有印象。 反正量子力学的本质就是波粒二象性。

3楼:匿名用户

这个问题真的还没有解决,退相干也并没有提出什么预言或足够的理由让主流回学术界接受答

。现在我见过的所有课本都是把坍缩当做公理处理的,称为测量公理。

引用feynman的话,谁要是说他懂量子力学,那么他一定不懂。如今我们知道了量子的数学表述,并且能够引用 它,但对本质性的问题并没有合理的解释,如epr佯谬之类的我们有了实验也有了对它的理论描述,但没法说出为什么这么奇怪的事情会发生,我们仅仅知道它发生了。

我们知道了上帝设定的规则,但他为啥要这样设定,who knows.

4楼:通杀整个服务器

观测者的加入改变了波函数,

1,按照量子力学说,世界上的客观物质都是波函数塌缩出来的,那我们是否是生活在一堆波函数之中?甚至连

5楼:百度网友

量子力学是说所有的物体,在不测量的时候都是波函数,测量的时候塌缩成测量的力学量的单态。按照量子力学理论,世界上多有的东西都是波函数。但是量子效应在宏观世界太不明显,甚至和相对论有些出入,所以宏观量子效应至今没有完全搞明白。

量子力学是比经典力学更完善的体系。但是如我刚才所说,在大量子数近似的情况下,它可以回到经典力学,但是,其中要平添一些似乎没有道理的假设。总而言之,量子理论主要是在围观领域取得了重大成功,其实它对于宏观现象的解释还有很多疑点。

量子是什么东西?有什么性质?有多大呢?

6楼:赵鑫鑫

量子是一个物理概念,没有大小之分。

其基本概念为所有的有形物质是“可量子化的”。“量子化”指其物理量的数值是特定的,而不是任意值。例如,在(休息状态的)原子中,电子的能量是可量子化的。这决定原子的稳定和一般问题。

量子化现象主要表现在微观物理世界。描写微观物理世界的物理理论是量子力学。

量子态**传输是基于量子纠缠态的分发与量子联合测量, 实现量子态(量子信息) 的空间转移而又不移动量子态的物理载体, 这如同将密封信件内容从一个信封内转移到另一个信封内而又不移动任何信息载体自身,这在经典通信中是无法想象的事。

基于量子态**传输技术和量子存储技术的量子中继器可以实现任意远距离的量子密钥分发及网络。

7楼:晴天依旧

量子是一个物理概念,没有大小之分,量子的性质指其物理量的数值是特定的,而不是任意值。

量子(quantum)是现代物理的重要概念。最早是m·普朗克在1900年提出的。他假设黑体辐射中的辐射能量是不连续的,只能取能量基本单位的整数倍。

后来的研究表明,不但能量表现出这种不连续的分离化性质,其他物理量诸如角动量、自旋、电荷等也都表现出这种不连续的量子化现象。这同以牛顿力学为代表的经典物理有根本的区别。量子化现象主要表现在微观物理世界。

描写微观物理世界的物理理论是量子力学。

量子一词来自拉丁语quantum,意为“有多少”,代表“相当数量的某物质”。在物理学中常用到量子的概念,指一个不可分割的基本个体。例如,“光的量子”是光的单位。

而延伸出的量子力学、量子光学等更成为不同的专业研究领域。

其基本概念为所有的有形物质是“可量子化的”。“量子化”指其物理量的数值是特定的,而不是任意值。例如,在(休息状态的)原子中,电子的能量是可量子化的。这决定原子的稳定和一般问题。

在20世纪的前半期,出现了新的概念。许多物理学家将量子力学视为了解和描述自然的的基本理论。在量子出现在世界上100多年间,经过普朗克,爱因斯坦,斯蒂芬霍金等科学家的不懈努力,已初步建立量子力学理论。

8楼:秀树

量子(quantum)是现代物理的重要概念。最早是m·普朗克在1900年提出的。他假设黑体辐射中的辐射能量是不连续的,只能取能量基本单位的整数倍。

后来的研究表明,不但能量表现出这种不连续的分离化性质,其他物理量诸如角动量、自旋、电荷等也都表现出这种不连续的量子化现象。这同以牛顿力学为代表的经典物理有根本的区别。量子化现象主要表现在微观物理世界。

描写微观物理世界的物理理论是量子力学。

一个物理量如果存在最小的不可分割的基本单位,则这个物理量是量子化的,并把最小单位称为量子。

量子英文名称量子一词来自拉丁语quantus,意为“有多少”,代表“相当数量的某物质”。在物理学中常用到量子的概念,指一个不可分割的基本个体。例如,“光的量子”(光子)是光的单位。

而延伸出的量子力学、量子光学等成为不同的专业研究领域。其基本概念为所有的有形性质是“可量子化的”。“量子化”指其物理量的数值是特定的,而不是任意值。

例如,在原子中,电子的能量是可量子化的。这决定原子的稳定和一般问题。在20世纪的前半期,出现了新的概念。

许多物理学家将量子力学视为了解和描述自然的的基本理论。

9楼:

量子可以理解为一份一份的粒子

10楼:

量子的基本观念

量子代表了人类认识微观世界的核心观念,它不仅是微观实物粒子存在的基本形式,而且描述了波与场所具有的粒子性特征。以量子力学为中心的现代量子理论,完整地描述了微观世界的量子行为。事至今天,虽然关于量子力学的基础及其解释还没有定论, 但量子力学已成为现代科学的重要基石。

在应用上,它导致了激光、半导体和核能技术的建立,深刻地影响了当代人类社会的生产力。

一. 光量子

光量子是指光波客观上具有的基本能量(动量)单元。它代表的量子观念起源于二十世纪初对黑体辐射的研究. 普朗克发现, 为了解释实验中发现的黑体辐射能量的频率分布,必须假设电磁场辐射只能以“量子”方式进行,即发射和吸收的能量只能是每个“量子”能量的整数倍。

这是与经典力学中能量连续性不一样的革命性观念。由此, 爱因斯坦进一步明确提出光量子(或光子)的概念,认为辐射场是由光量子组成。

光子与电子碰撞,其行为很象一个有特定能量和动量的实物粒子。由此可以很好地解释了光电效应:光照射到金属表面,只有当光的频率足够大时,电子才能克服表面的逸出功,脱离金属表面。

爱因斯坦进一步应用能量的不连续性,成功地解释了固体比热在 t=0 度时的行为. 光波能量不连续的量子观念, 进一步启发玻尔对于卢瑟福原子有核模型的深刻研究。他认为,原子只能存在于分立的能量定态,辐射只能发生原子在两个定态之间跃迁。

这个观点克服了经典理论对原子有核模型预言(绕核电子会由于电磁场辐损失能量、塌缩到原子核上)与现实原子基本稳定的矛盾,成功地解释了实验中总结出来的氢原子光谱 rydberg—ritz 组合公式。

二. 物质波

三:不确定关系与互补(并协)原理

在经典物理中,描述质点特征的几个物理量通常可以在任意精度内加以同时测量。当微观粒子表现为物质波,它的空间位置和动量是不能同时确定的,只会有不确定值p 和x。德国物理学家海森伯指出,动量和位置不能同时确定的程度,由普朗克常量 h 加以限定,具体结果表示为“不确定性关系”:

px≥h/2。它量子理论描述的微观粒子最基本特征之一。对此物理上的一种直观的解释是海森伯提出的“测量干扰”的观念。

例如,为了观测电子用光去照射它,要求观测得精确(即x 越小),就得用波长短的光去照射电子;光子波长越短意味着光子动量越大,电子受到碰撞后其动量偏差p 越大。

在物质波的双缝干涉实验中,如果准确测量到粒子通过了哪一个缝,干涉条纹便不再存在了-发生量子退相干。玻尔认为,量子退相干根源在于互补性(并协)原理:物质存在着波粒二象性,但在同一个实验中波动性和粒子性是互相排斥的。

知道粒子走哪一条缝,等于强调粒子性(只有“粒子”才具有确定位置,而波则弥散于整个空间)。根据互补性原理,波动性被排斥了,干涉条纹便消失了。对于量子退相干,通常也可以用海森伯“测量扰动”解释,但测量扰动并不是退相干唯一的根本原因。

在不干扰冷原子空间运动的前提下, 1998 年的冷原子干涉实验利用内部状态记录了空间路径的信息(形成了原子束空间状态和内部状态的纠缠态),导致干涉条纹的消失。

四:量子力学

量子力学是描述微观世界运动的基本理论,它包括互为等价的矩阵力学和波动力学。为了发展玻尔思想,“以适用于更复杂的原子”, 1924 年,海森堡首先提出了革命性观点:在原子世界,每个可观察的实验结果(如氢原子谱线)总是与两个“玻尔轨道”有关,一个绝对的、由速度和坐标同时确定的轨道在描述原子的微观理论中是没有意义的。

人们应当处处使用“两个轨道”来描述可观察的物理量。例如,原子的电磁辐射可以由电子坐标随时间的变化来描述,可能辐射的频率是其付里页式中出现的频率—rydberg—ritz 组合中有两个指标的实数。于是应当把坐标和动量等可观察物理量都看成具有两个指标元素的矩阵(或算符)。

这时,坐标 q 和动量 p 是不对易的,即 qp 不等于 pq。在玻恩和约当的协作下,海森堡这个重要发现导致了矩阵力学的建立。它的诞生成功地克服了玻尔理论处理复杂原子时遇到的困难。

量子力学另一表述-波动力学是薛定谔在 1924 年建立的。其核心是用满足薛定谔方程的时空点上的波函数描述粒子的运动。根据玻恩提出的几率解释,波函数的绝对值平方代表了电子在空间的几率分布。

例如,原子中的电子可以用波函数描述,形成所谓的电子云。在波动力学中,原子的定态是薛定谔方程的本征态,相应的本征值就是原子的能级。原子的电磁辐射可描述为从一个能级到另外一个能级的跃迁。

狄拉克通过建立表象理论,把矩阵力学和波动力学的描述完美地结合起来,而且把它推广到狭义相对论描述的高速运动情况,成功地预言了正电子的存在。反物质粒子的发现,把量子力学理论推上科学的顶峰。

(本文中的文字内容**孙昌璞院士的文章:什么是量子)

数学复数中的辐角主值是什么意思,复变函数里的主值到底什么意思

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