「Quantum Physics」- 入门笔记

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在烧脑、反直觉和毁人三观方面,没有任何学科能够和量子力学相比。如果把理工男最爱的大学比作霍格沃兹魔法学校,那么唯一和量子力学专业相提并论的,只能是黑魔法。

然而,量子理论之所以如此神秘,并不是因为物理学家的故弄玄虚。其实,在量子理论刚诞生的摇篮时期,它只是一门人畜无害的学科,专门研究电子、光子之类小玩意儿。

而「量子」这个现在看来很厉害的名字,本意不过是指微观世界中「一份一份」的不连续能量。

这一切,都源于一次物理学的灵异事件。

光,到底是波还是粒子?

20 世纪初,物理学家开始重点纠结一个纠结了上百年的问题:光,到底是波还是粒子?

粒派:所谓粒子,可以想象成一颗光滑的小球球。每当你打开手电,无数光子就像出膛的炮弹一样,笔直地射向远方。很多著名科学家(牛顿、爱因斯坦、普朗克)做了很多权威的实验,确凿无疑地证明了光是一种粒子。

波派:所谓波,就像往河里扔块石头,产生的水波纹一样。如果把光看作是一种波,可以完美解释干涉衍射偏振等经典光学现象。很多著名科学家(惠更斯、杨、麦克斯韦、赫兹)做了很多权威的实验,确凿无疑地证明了光是一种波,电磁波。

可问题是,波和粒子毕竟是两种截然不同的东西,在波与粒间,存在着不可调和的矛盾。
1)粒子可分成一个一个的最小单位,单个粒子不可再分;波是连续的能量分布,无所谓「一个波」或者「两个波」;
2)粒子是直线前进的,波却能同时向四面八方发射;
3)粒子可以静止在一个固定的位置上,波必须动态地在整个空间传播。

在 20 世纪初,光学的知识储备和数学理论越来越完善。大家逐渐觉得,这一块的真相总算有希望拼出来了——结果却发现,波派和粒派的理论早已背道而驰,还各自越走越远。

双方僵持不下直到 1924 年,终于有人大彻大悟:波 or 粒,为什么光不能两者都是呢?也许在某些时候,粒子看起来就像是波;在另一些时候,波看起来就像是粒子。波和粒如同阴阳一般相生相克,就像一枚硬币的正反两面(波粒二象性),只不过我们一直以来都在盲人摸象、各执一词。 

真理确实只有一个,但是真理的表现形式存在着多个版本。

双缝干涉实验

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