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    量子力学的路径积分和退相干诠释(一)

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    •     物理学的精髓是做出预测,只要能给出公式做精确计算,只要能自圆其说,所有解释就都是完全等价的。量子力学的正统诠释是二战前出现的哥本哈根诠释,引入了波粒二象性、坍缩、叠加态等一系列让人三观崩溃的概念路径积分和以路径积分为基础的退相干诠释出现在二战后,这个诠释向经典物理做了一定程度的回归,根据这个诠释,我们可以扔掉难以理解的波粒二象性,回到熟悉的粒子世界,粒子,也就是可以被当做质点处理的物体。当然,质量可以为零,比如子。

          颠覆惯性定律

            按照哥本哈根正统诠释,正如相对论中不只光具有光速一样,在量子力学中,也不是只有光具有波粒二象性,而是所有的物体都具有波粒二象性。而路径积分抛开波粒二象性概念的关键是:颠覆惯性定律。

            惯性定律:在不受外力的情况下,物体要么保持静止,要么保持匀速直线运动。怎么颠覆呢?惯性定律说的都反对就行了:在不受外力的情况下,物体既不保持静止,又不做匀速直线运动。否定容易,还得给出新结论,新结论是:在不受外力的情况下,物体做一种非常混乱的运动。不过,混乱确实够混乱,但还是有规律的,这个规律就是函数。完整表述:在不受外力的情况下,物体按照波函运动。

            物体按照波函数运动是什么意思?先看典型的经典波动——波,经典水波运动,把水的最小不可分单位当做质点处理,这些质点按照经典波动方程运动起来就形成了水波。要理解量子力学的波动,只要看看和水波之间的区别就行。

            第一点区别:水波需要波源提供能量输入,一旦停止能量输入,波动就会逐渐停止。而量子力学里面的波动不需要波源,不需要能量输入,是这些质点自身的属性。

            运动的物体都有动量,也就是能量,那么质点自身在永不停歇的波动,岂不是有源源不断的能量?岂不是可以制造永动机了?原则上说,量子力学里面的质点确实拥有源源不断的能量,称为能级。但是说到永动机,从目前的理论上来说,没有办法持续提取这份能量。

            第二点区别:水波的边界是明确的,局限在有限范围内。而量子力学的波动,无论是薛定谔方程还是狄拉克方程,都没有明确边界,理论上充满整个宇宙

            第三点区别:在水波运动里面,单个质点的运动遵守牛顿力学定律,波动运动是大量按照牛顿力学运动的质点,累加后表现出来的现象。而量子力学里面,单个质点也不遵守牛顿力学定律,也在做波动运动。给定位置,从单粒子的波函数可以解出这个位置的一个数值,这个值的含义是:质点出现在这个位置的概率。

            单质点波动方程的解的意义是概率,这一点非常重要,值得费一个小节来说明。先说一下“质点”:量子力学把基本粒子看做不占体积的物体,也就是基本粒子可以看做质点。

      –未完待续

      摘自数学算法俱乐部

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      科学本身并不全是枯燥的公式,而是有着潜在的美和无穷的趣味,科学探索本身也充满了诗意——周培源
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      浩瀚宇宙,值得探究~
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