《時間簡史》對量子力學的闡述

最近在看《時間簡史》，其中第九章量子力學對量子的闡述是非常清晰的，不妨摘錄幾段：

1：為了避免這種荒謬的結果，德國科學家馬克斯.普朗克在1900年提出。光、x射線以及其它電磁波只能發出一定的分離的波包，它把這種波包稱作量子。正如在第八章中提到過的，我們今天把光的一個量子叫做光子。光頻率越高，它所含能量越大。這意味著在量子理論中，任何給定的最暗淡的光（一個單獨光子攜帶的光）具有依賴其顏色的能量含量。例如，由於紫光頻率是紅光頻率的二倍，一個紫光量子的含量為紅光量子的二倍。這樣，紫光能量最小量是紅光能量最小量的2倍。

2：不確定性原理告訴我們，和拉普拉斯信條相反。自然限制我們利用科學定律語言將來的能力。這是因為，為了預言一個粒子未來的位置和速度，人們必須能夠精確的測量其初始狀態——也就是它現在的位置和速度。顯然，做成此事的方法是把光照射到該粒子上。粒子把一些光波散射。觀測者能夠檢測到這些波並用來指示粒子的位置。然而，給定波長的光只有有限的靈敏度。你測定粒子的位置不可能比測定光的兩波峰間的距離更精確。於是，為了精密的測量粒子的位置，就必須利用短波及高頻率的光。但是按照普朗克量子假設，你不能使用任意小量的光：你至少要使用一個量子，在更高頻率下其能量更高。這樣，你射到它上面的光量子的能量就必須越大。

根據量子理論，甚至一個光量子都會擾動粒子，它將以一種不能預言的方式改變其速度。而你使用的光量子能量越大，擾動很可能越大。這意味著，為了更精確的測量其位置，當你必須使用更大的量子時，粒子的速度將被擾動一個更大的量。

上面兩段時來自霍金的闡述，從第一段闡述我們可以意識到光是片段（粒子）式的，而不是連續的，也就是說光是片段式的波。同時也預示著光子的波長是可以變化的，更進一步預示了光的傳播速度在同一種介質中是不可以被加速的，因為一個電子的振蕩寧肯壓縮光波波長也不會拉長光波來傳遞（這句話理解有難度），如果電子的振蕩遠高於光波憑率，也就是說無限的向紫光方向偏移，可能會出現光爆現象，能量的高低與頻率的高低成正比例。

第二段明確的告訴我們量子學是概率學，也就是測不準原理，只能大概的統計。其中「你測定粒子的位置不可能比測定光的兩波峰間的距離更精確」明確的告訴我們，我們所能測量的最小敏度是兩波峰間的距離，人類目前無法逾越這道坎；同時第二段也明確的告訴我們，量子學裡面並沒有定義微觀粒子能在同一時刻出現在不同位置，就是所謂的並行世界，現在很多人沒法理解這個問題，這與我前面闡述的《波函數塌縮的物理本質》是一致的，但有些人還堅信微觀粒子能在同一時刻出現在不同位置，堅信電子云就是同時存核周圍而不是運動形成的，這種觀點是錯誤的。

最後需要在闡述一個問題：雙縫實驗！相信微觀粒子不會同時存在不同位置，很可能這種現象只是微觀粒子的另外一種運動狀態，量子學目前無法解釋這種運動！

2018.03.21 新疆