量子的发现动摇了物理学的所有根基,影响的只有物理学么?

bdqnwqk7个月前基础9

准确的来讲,量子的发现并没有动摇物理学的根基,但是对于物理学的影响,应该是巨大的。相对论和量子力学一同组成了现代物理学的基础,而不论是量子力学或者是相对论,其都有一个相同的目的,那就是将物理学统一。

量子是什么?首先量子不是一种物质粒子,但是诸如亚原子、质子、中子、电子、中微子、光子……我们都可以将其统称为量子。量子的定义是:将一个物质分割至不可分割的状态,就把这个最小的微粒子称为量子,没有人能够说得清楚它究竟是什么。量子的发现开启了人类对于微观世界的探索。量子现象,动摇了物理学曾经认定的所有根基,其影响的不仅仅是所谓的物理学认知,而是以唯物观认识定义真理的整个世界。科学的唯物观认为,一切都是物质的,能量由物质所转化,但是光量子现象告诉人们,能量的存在可以是没有物质座位依托的,这就是颠覆科学唯物认识观的要命事实。

量子力学和相对论一样,都对物理学的发展有着巨大的影响,但如同相对论并没有否定经典物理学一样,量子力学也没有,只不过是经典物理学存在着一定的局限性导致在研究范围扩大的时候,原有的理论基础不能够满足实验事实,这就需要一种更为精细的理论,不过这不意味着抛弃原有的理论,只是适用范围不同罢了。相对论不是万能的,如果在速度远远低于光速的前提下,使用牛顿力学和相对论来解决问题基本没差异,相对论是精确一些,但是精确的数值对于我们来说也没有什么意义,反而增加了繁琐的运算。相对论也并不是完美无缺的,量子的发现便印证了相对论的局限性,但是它也并不能因此就可以否定相对论,只能说是完善。

提到量子力学,很自然的会想到测不准原理和量子叠加态。测不准原理说的是我们无法同时精确测定一个粒子的位置和动量,这个测准了那个就测不准,只能用动态波函数加以描述,而经典物理学认为一切都是确定的甚至是可以预测的,但是量子力学的发展否定了这一观点。量子叠加态也就是通常所说的薛定谔的猫的问题,按照常理猫要么活着要么死去,但是量子力学告诉我们还可能存在一个中间状态,猫不死也不活。

总而言之呢,量子力学是一门高深的理论,哪怕经过了百余年的发展,我们所能够探索到的还很有限,足以见其影响之深远。

施郁

(复旦大学物理学系教授)

首先我们要定义一下物理学。按照我的定义,物理学就是所有自然科学。那标题中的问题就是有没有对自然科学之外产生影响。

实际上是有的,很大的影响。比如说1945年爆炸的原子弹,是建立在量子物理基础上的,改变了世界,加速了日本的投降,减少了他们在中国和其他地方的犯罪时间。在比如,信息技术首先建立在半导体物理和磁性物理的基础上,这两个物理分支都是建立在量子力学的基础上。信息技术怎么改变世界的就不用多说了吧,只要你想想你怎么能在这里问问题。

1990年代,诺贝尔奖得主莱德曼就说过量子力学贡献了当时美国国内生产总值的三分之一。更何况今天?

你可能说这些技术上的进步也是量子力学在物理学上的变革引起的。 但是,技术本来就是建立在科学基础之上的。

你可能不同意将物理学等同于整个自然科学。那么,另一种说法是,正是量子力学使得其他科学统一到物理学。

比如化学以前是经验科学,对化学反应的本质认识不够深入。有了量子力学,终于明白化学反应不过是分子或原子之间交换电子而已。所有的化学过程本质上都可以用量子力学去解释。所以说化学是物理学的一部分。

再比如天文学。虽然行星运动这些天体力学问题可以算是牛顿力学的应用,但是原来有很多天文现象无法解释。一个很简单的问题是星星为什么会发光。有了量子力学后,才知道这是恒星内部的原子核反应导致的。

如此等等等等。