量子力學建立在隨機運動的基礎上嗎?
題主你好。量子力學不是建立在隨機運動上的。隨機運動是經典統計物理學的研究對象。量子力學裡不存在在經典物理意義上的隨機運動。因為經典力學關於運動的所有描述在量子力學全都被推翻了。
這裡簡單介紹一下隨機行走。隨機行走其實是和統計物理相結合的,我們假定粒子在相空間——坐標和動量共同形成的空間——可以隨機遊走於任何一點,但是要注意的是經典統計物理里的隨機行走指的是遍歷所有可能的物理狀態。這就是統計物理系綜理論的基礎。我們由此可以建立三大系綜統計分布律。
但是量子力學不是這樣的理論,它是關於單個粒子的動力學理論。換句話,對於量子力學來說,並不是從粒子的隨機性出發獲得了一套理論,而是從波粒二象性出發的。具體的構建過程比較複雜,需要專門學習了量子力學才能理解,這裡簡單介紹一下。波粒二象性告訴我們可以仿照經典力學裡面關於簡諧波的理論來研究粒子的波動性,也可以根據經典力學裡關於質點的哈密頓力學來研究波的粒子性。但是結果是一致的。這就是量子力學。
按理說,上面的構造結果是和量子沒有一分錢關係的。但是如果我們去求解粒子的波動方程和或者波的粒子方程(姑且這麼說,嚴格說法不是這樣的),會發現在一些特殊情況下,粒子的能量或者波的波頻只能取一些離散的數值。再加上由於量子力學建立之前,就已經有舊的量子論,所以物理學家把新得到的、比舊量子論更加符合實驗的理論叫做量子力學。
我們可以發現,在量子力學的整個數學推理中是不會出現概率的,也就是說上帝應該是不擲骰子的。但是,這裡面卻莫名其妙地有一個"量子力學的概率詮釋"。這就導致量子力學好像要求上帝得擲骰子。這也和當代物理學界的一個討論的話題有關——量子力學是否需要第二次革命。【至少在我看來,需要這樣的一次革命。因為量子力學的數學方程和概率一分錢關係,但是為什麼我們要莫名其妙地引入概率呢?換句話說,要麼構造一個天生就是關於概率的動力學方程,要麼就徹底扔掉概率。對於後者是不可能的,因為概率詮釋給我們帶來很多漂亮的結論。】
那麼,上帝究竟扔不扔骰子呢?我認為,上帝其實是扔骰子的。原因有這些,第一點是連經典力學都存在非引入概率不可的情況——經典混沌導致經典力學是一個無法做出有效預言的理論,我們只能藉助概率;第二點就是大千世界眾多規律都具有統計性,這說明我們的世界絕對不是決定論所說的"一切都是確定於初態和動力學方程的",而是隨機性為主的;第三點便是引入概率恰恰能規避有神論,上帝即便存在也無法決定什麼——上帝要通過擲骰子來決定下一步該幹什麼,這和不引入上帝的效果其實是一致的——因此我們可以用"奧卡姆剃刀"(如無必要,勿增實體)剔除上帝,所以概率的引入才是真正終結有神論的開始。
上帝玩骰子,意為著宇宙開啟,就會推翻上帝的意志。可是宇宙的低熵秩序如何平衡的?宇宙爆炸不在牛頓第二定律中崩塌反演,而產生膨脹,出現星系,乃至生命,來質疑自我的存在?物質還是生命?生命還是神靈?上帝為什麼要將骰子扔到自己看不見的地方,讓人類產生質疑和抉擇的矛盾?宇宙如果沒有人擇因素,為何給了我們這樣的能力,來發現它的動機和目的?
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