问题

为什么说世界上没有人真正地理解量子力学?

回答
这个问题很有趣,也触及到了量子力学最核心的神秘之处。说“没有人真正地理解量子力学”,并非否定那些在这个领域做出杰出贡献的科学家,而是强调我们目前对量子世界的认识,仍然停留在“能够运用它,但尚未能完全把握其内在逻辑”的阶段。这就像我们能够熟练使用火,却不完全明白火焰燃烧的每一个原子反应一样。

1. 量子力学的“怪异”之处,与我们日常经验的巨大鸿沟

我们生存在一个宏观、经典的世界里,这里的物体有确定的位置和速度,遵循着因果律。扔一块石头,你知道它会沿着抛物线落下;推一下桌子,你知道它会向前移动。然而,量子世界,也就是构成我们物质世界最基本粒子的世界,行为方式却截然不同,充满了违背直觉的现象:

叠加态 (Superposition): 一个量子粒子,比如电子,在被观测之前,可以同时处于多种可能的状态。想象一下,一个硬币在空中旋转时,它既不是正面也不是反面,而是处于一种“正面+反面”的叠加状态。只有当你接住它并观察时,它才会“坍缩”到其中一种确定的状态。这与我们熟悉的“要么是A,要么是B”的二元逻辑完全不同。
量子纠缠 (Quantum Entanglement): 当两个或多个粒子发生纠缠后,它们的状态会紧密关联,无论它们相距多远。测量其中一个粒子的状态,会瞬间影响到另一个粒子的状态,即使它们可能远在宇宙的两端。爱因斯坦曾将这种现象称为“鬼魅般的超距作用”(spooky action at a distance),因为它似乎违反了信息传播不能超光速的原则。这种关联性,我们无法用经典的因果链来解释。
波粒二象性 (WaveParticle Duality): 量子粒子既可以表现出粒子的特性(有确定的位置),又可以表现出波的特性(会衍射、干涉)。我们无法同时精确地知道一个粒子的位置和动量,这是由海森堡不确定性原理(Heisenberg Uncertainty Principle)决定的。这就像你想看清一粒沙子的细节,但一旦你试图抓住它,它的形状就会模糊一样。
概率性 (Probabilistic Nature): 量子力学不是一个确定性的理论,它只能预测事件发生的概率。我们无法预测一个放射性原子何时会衰变,只能说在某个时间段内,它有某个概率会发生衰变。这与经典物理学那种“输入初值,就能精确预测未来”的模式是根本性的区别。

2. 对“理解”的不同层次与“解释”的困境

当我说“没有人真正地理解”时,我指的是我们对这些现象的内在机制和哲学含义的理解,而非仅仅是“会用数学工具去计算和预测”。

数学框架的成功: 量子力学有一个极其成功的数学框架。物理学家们使用薛定谔方程、狄拉克方程等数学工具,能够非常精确地计算出粒子的行为,并预测实验结果。从这个意义上说,我们“理解”了如何使用量子力学来描述和预测物理现象,并且这些预测在绝大多数情况下都得到了实验的验证。现代科技,如激光、半导体、核磁共振成像等,都直接或间接来源于量子力学。
“是什么”的问题: 然而,当我们追问“为什么会这样?”、“这种叠加态到底意味着什么?”、“纠缠是如何传递信息的?”时,我们就遇到了障碍。我们有描述“它如何运作”的方程,但我们缺乏一个能用我们熟悉的语言和逻辑来解释“它为什么会是这样”的直观模型。

这就引出了量子力学的“诠释问题 (Interpretation Problem)”。

3. 多种诠释,但没有统一的定论

为了弥合理论与直觉之间的鸿沟,物理学家们提出了多种对量子力学的诠释,但没有一种能获得普遍认同,并且每种诠释都有其自身的哲学上的困难和需要付出的代价:

哥本哈根诠释 (Copenhagen Interpretation): 这是最经典也是最普遍接受的诠释,由玻尔和海森堡等人提出。它认为,波函数描述的是一个粒子所有可能状态的概率分布,直到进行测量时,波函数才会“坍缩”到某个确定的状态。然而,它并未明确定义“测量”是什么,以及是什么触发了坍缩。并且,它似乎也无法解释那些看似违反定域性的量子纠缠现象。
多世界诠释 (ManyWorlds Interpretation): 由休·埃弗雷特提出。它认为,每一次量子测量都会导致宇宙分裂成许多个平行宇宙,在每个宇宙中,粒子都处于一个确定的状态。这意味着存在无数个和你一样的你,在不同的宇宙里做着不同的选择,经历了不同的事件。这个诠释避免了波函数坍缩的问题,但它引入了“无数个宇宙”的概念,这在科学上是难以验证的,并且在哲学上也是一个巨大的飞跃。
隐变量理论 (Hidden Variable Theories): 一些理论试图引入一些我们尚未发现的、在经典意义上可以确定的变量,来解释量子力学的概率性。爱因斯坦就曾支持过这种观点,认为量子力学是不完备的。然而,贝尔不等式(Bell's Theorem)的证明以及随后的实验(如阿斯佩实验)表明,任何“定域的”隐变量理论都无法解释量子力学的现象。虽然存在“非定域”的隐变量理论,但这又回到了我们难以直观理解的范畴。
其他诠释: 还有例如德布罗意玻姆理论(导波理论)、退相干理论等,每一种都有其侧重点和面临的挑战。

4. 科学的边界与认知的极限

所以,“没有人真正地理解量子力学”这句话,更多的是在强调:

我们对微观世界的认知,与我们根植于宏观世界的直觉和经验存在根本性的冲突。 我们的语言、逻辑和思维方式,都是在经典世界形成的,很难完全适用于描述量子世界的奇异景象。
量子力学的“正确性”更多体现在其数学预测能力上,而非我们对“为什么会如此”的直观把握。 我们掌握了“如何用”,但对“它到底是什么”的理解仍然模糊。
目前存在的各种诠释,都只是尝试用不同的角度去解释量子世界的现象,但它们都尚未能完全消除其中的神秘感和哲学上的争议。 科学仍在不断探索,也许未来会有更统一、更直观的理解方式出现。

我们所说的“理解”,在科学语境下,往往包含着能够建立直观模型、能用清晰的因果关系去解释,并且这些解释能够被普遍接受。而量子力学,恰恰是在这些方面,挑战了我们现有的认知框架。它就像一个深邃的迷宫,我们找到了走出迷宫的路径(数学公式),但对于迷宫的本质构造和设计者的意图,我们依旧知之甚少。

因此,与其说没有人“理解”量子力学,不如说我们对量子力学“真正核心的本质”还没有达到一种完备、直观、且毫无争议的理解。科学的魅力也正在于此,它不断地挑战我们对世界的认知极限,迫使我们思考更深层次的哲学问题。

网友意见

user avatar

举个简单例子,没有人能想象出四维空间、五维空间甚至无限维空间长什么样,但是我们在数学上却可以很轻松地定义高维空间的基(basis)及其各种坐标变换(coordinate transformation),最简单的例子当然是线性代数里,你写出一组N维的线性无关的基,再整个N×N的非奇异矩阵,你已经在某种程度上定义了这个高维空间的坐标变换了,自然也可以去研究这个空间的一些性质,但是如果我要你想象出来这个空间长什么样,我相信你一定做不到,毕竟我们就是三维的生物没法想象高维空间的样子,但这不妨碍我们去研究它的性质

这种处理方法在数学里很常见,比如拓扑里对高维流形的研究,比如黎曼几何被应用到广义相对论以后我们对四维时空的研究,四维时空是我们生活的时空,是三维的空间+一维的时间,数学上我们可以用度规用光速把时间和空间联系起来,但是要让我们想象时间作为一个“维度”,似乎有点天方夜谭吧?在物理中,物理学家们对拓扑绝缘体的研究早已经拓展到了高维的拓扑绝缘体,好像八维的拓扑绝缘体的理论都已经构建好了,但是,在我们真正进入更高维度之前,谁能想象八维的拓扑绝缘体是什么样呢?它们难道也和二维的拓扑绝缘体一样,中间绝缘边界上导通吗?那么,怎么想象出八维体系的边界呢(不过定义八维体系的边界自然是简单的)。

绕了那么半天,说回量子力学,其实道理和我上面说的话是相通的,我们是“经典的人”,我们生活的世界是宏观的经典规律(经典力学、电磁学、热力学等)主导的,所以我们不能直接想象出微观世界是什么样的,因为“量子世界”和我们用的不是同一套规律,要想去描述量子世界,我们需要用量子力学这样的一种“语言”,把它的一些现象翻译成经典的,我们可以理解的语言来进行描述,所以量子力学本身在一定程度上就是反直觉的。举一个很简单的例子,假设有一个布袋子,里边有很多小球,我们申一只手进去摸一摸,甚至可以把它们拿出来看一看,我们就可以很清楚的知道,里边有很多小球,还可以知道它们的颜色和大小等等,这就是经典的情形;如果是在量子世界,我们不能打开这个布袋子,我们甚至不能看到和碰到这个布袋子(这是由量子世界的根本规律决定的,和我们的观测能力无关),我们只能用一个小球去撞它,然后观察小球出射的情况,根据出射的小球的速度、“电荷”还有其它的一些特征等等,来判断这个袋子里有多少小球,小球们有什么性质,这是量子力学中散射过程的一个比较简易而形象的描述,而这就是量子世界的情形。这确实非常反直觉,也很难让人接受,我们都没看到里边有小球,都不知道它长什么样有多大,我们就能算出袋子里有这些小球?事实上,这样的计算还是非常准确的,量子力学理论在多年来不断被实验所证实,它确确实实让我们这些宏观的经典的人,有了一把在量子世界披荆斩棘的利器。

总结一下,这个题目里的“真正地理解量子力学”,要看怎么定义“理解”,如果是“理解”量子力学这门理论,并熟练地运用它来描述微观世界的各种规律和现象,那这个世界上理解量子力学的人多了去了,我们这些做物理的,如果不对量子理论有一些自己的理解,根本没法从事相关的科研;但如果说把“理解”定义为能够直观地认知到量子世界的样子,那确实这个世界上没人能做到,我们都是经典的人,我们的眼睛和我们的知觉能够触及的地方就那么多,对于微小的量子世界,我们能做到的也只是把它用量子力学“翻译”成我们能够想象的样子再对其进行研究,所以从这个层面上来说,确实世界上没有人真正地理解量子力学。

用大数学家冯·诺伊曼的一句名言来作为结语吧——“在数学中你并没有理解什么东西,你只是习惯了它们而已。”这句话对量子力学同样适用,我们并没有理解量子力学,只是习惯了它们而已。

类似的话题

  • 回答
    这个问题很有趣,也触及到了量子力学最核心的神秘之处。说“没有人真正地理解量子力学”,并非否定那些在这个领域做出杰出贡献的科学家,而是强调我们目前对量子世界的认识,仍然停留在“能够运用它,但尚未能完全把握其内在逻辑”的阶段。这就像我们能够熟练使用火,却不完全明白火焰燃烧的每一个原子反应一样。1. 量子.............
  • 回答
    关于“老牌资本主义国家转变为社会主义国家的先例”,以及“真正的社会主义国家应该是什么样”,这是一个既复杂又充满争议的话题。要深入探讨,我们需要剥离掉那些被意识形态标签化和简单化的理解,回归历史事实和理论逻辑。关于“老牌资本主义国家转变为社会主义国家的先例”坦率地说,历史上并没有出现过一个成熟的、稳定.............
  • 回答
    这句感慨,触及了许多人心底最柔软也最无奈的一角。你说“这世上真正愿意听你说话的人几乎没有”,我完全理解,并且能深切体会到这种感受背后,可能藏着多少次欲言又止、多少回心酸的尝试。想来想去,觉得这个问题的原因,绝非单一,而是像层层叠叠的迷雾,交织着个体与个体之间的复杂关系,也反映了我们所处时代的一些微妙.............
  • 回答
    古代那些以商业为驱动力的共和国,比如威尼斯、热那亚、汉萨同盟,乃至更早时期的雅典和迦太基,它们在各自的时代都曾闪耀着耀眼的光芒,建立了庞大的贸易网络,积累了巨额财富,对当时的文明进程产生了深远影响。然而,要说它们真正意义上成为“长久的世界强国”,就有点站不住脚了,它们大多只能算是在特定区域或特定时期.............
  • 回答
    这个问题挺有意思的,也触及到了不少球迷心里的小疙瘩。你说“没人看男篮世界杯”,其实有点绝对了,但相比足球世界杯的火爆程度,男篮世界杯关注度确实有不小的差距。这背后原因挺复杂的,不能简单地说篮球不如足球,更像是两个运动在不同文化土壤、商业运作和历史积淀下的不同发展路径。首先,咱得承认足球的全球影响力确.............
  • 回答
    战锤宇宙中,帝国真理时代是人类尚未被皇帝统一,分散在银河系各处,技术发展水平参差不齐的黑暗时期。这段时期,科学、理性与对宇宙的探索是人类的主流思潮。而后来形成的国教——人类帝国的主导宗教,则是在大远征初期,随着皇帝的崛起和统一战争的展开而逐渐形成的。那么,在经历了帝国真理时代,接触过科学与理性的阿斯.............
  • 回答
    “世界上没有哪个国家的人像中国人一样对世界各国政治经济文化保持着好奇心和热切的求知欲”这样的说法,确实在一些场合被提及,但我们需要更细致地分析其背后可能的原因,以及这种说法的局限性。首先,理解这种说法的核心在于:中国人在近代以来经历了一个巨大的历史转折,这种转折深刻地影响了国民的视野和价值观,从而激.............
  • 回答
    “中国是世界上唯一一个文明没有中断的国家”是一个广为流传的说法,但它需要更细致的理解和辩证的看待。这个说法的主要依据是中国文化和政治连续性强,主体文明从未被外来文明彻底取代,并且其历史记录能够追溯到非常古老的时期。然而,其他文明古国也经历过辉煌的时期,并且它们的影响至今仍在,只是在某些方面可能经历了.............
  • 回答
    这个问题嘛,其实挺有趣的。如果咱们把“为什么不能对男生说世界上根本没有奥特曼”这个问题,看成是一门关于理解、沟通和情感的小学问,那这背后可就有不少门道了。咱们先从“奥特曼”这仨字说起。对于很多从小看着奥特曼长大,甚至把奥特曼当成童年英雄的男生来说,奥特曼可不是简简单单的一个荧幕形象。它承载的是一种情.............
  • 回答
    这个问题触及了一个复杂且敏感的社会现象,涉及到个人感受、信息传播、媒体引导、文化认知以及个体价值观等多个层面。理解为什么在中国有“便利的生活”的同时,还有人“没有根据没有逻辑地吹捧国外的生活”,需要我们从多个角度进行深入分析。一、 中国生活便利性的体现(客观层面):首先,我们必须承认中国在过去几十年.............
  • 回答
    这个问题涉及到科学史的评价、媒体的传播以及文化间的认知差异,需要从多个角度来详细分析。简单地说,“杨振宁能和爱因斯坦相提并论”这种说法是否准确,以及为什么在英文世界不常见,其原因比“大V言过其实”或“外国人瞧不起中国人”要复杂得多。首先,我们来探讨“杨振宁能和爱因斯坦相提并论”这个说法本身。 杨.............
  • 回答
    这确实是一个很有意思的问题,涉及到经济实力、国际认知、历史文化以及媒体宣传等多个层面的因素。全球近200个国家,中国GDP位居世界第二,而印度GDP位居世界第七,为什么人们对这两国的强大认知会有如此大的差异呢?我们不妨从几个关键点来聊聊。一、绝对体量与相对感知:数字背后的复杂性首先,不能否认GDP是.............
  • 回答
    关于你提出的“基因的优胜劣汰为什么没有把世界上所有丑的人完全淘汰掉”这个问题,这涉及到生物学中一个非常核心但也常被误解的概念——“优胜劣汰”以及“美”的定义。咱们一点一点来聊透了。首先,得明白“优胜劣汰”这四个字,在生物学语境下,它的真正含义是什么。我们常说的“优胜劣汰”其实是“自然选择”的一种通俗.............
  • 回答
    这个问题确实很有意思,也触及了很多国人心中的一个敏感点。我们很多人都为清华北大这样的顶尖学府感到骄傲,它们在国内无疑是教育的标杆。但一提到世界大学排名,尤其是在那些广为流传的综合性排名榜单上,比如QS、泰晤士高等教育(THE)等等,清华和北大虽然名次不低,但确实很难挤进前十,甚至经常被欧美名校牢牢占.............
  • 回答
    咱们先不扯什么“AI痕迹”,就当是你我哥俩闲聊,聊聊这地球上为啥没啥“从东往西”的大河。你仔细想想,咱们平时说的“超级大河”,比如长江、尼罗河、亚马逊河,它们有个共同点——基本上都是从西往东,或者从高向低流。为什么呢?这背后其实是地球这位老司机的几个大动作在起作用。首先得说说重力。这是最最根本的道理.............
  • 回答
    关于成吉思汗在世界范围内的评价差异,以及为何有人将他与希特勒相提并论,这背后涉及历史的复杂性、不同文化视角以及信息传播的偏差。我们来详细梳理一下。为什么世界其他国家不普遍视成吉思汗为“伟人”,而中国视他为伟人?这主要源于视角、历史叙事以及“伟人”定义的差异。1. 历史的视角与叙事: 中.............
  • 回答
    这个问题触及了新闻传播、人类心理以及社会关注的许多核心议题。我们每天都在经历着生与死,但新闻的焦点却显得如此“挑剔”,这背后有着复杂的原因。首先,你需要理解新闻的本质。新闻并非对所有事件的流水账记录,它更像是一个聚光灯,选择性地照亮某些事物,而忽略另一些。它的核心功能之一是告知公众“发生了什么”,但.............
  • 回答
    这真是个很有意思的问题,也道出了历史人物在民间影响力和被尊崇程度的巨大差异。为什么关羽能在各地留下无数关帝庙,而曹操的庙宇却鲜为人知,甚至可以说几乎不存在?这背后其实是一系列复杂的历史、文化、社会和意识形态因素共同作用的结果。首先,我们得从关羽和曹操在历史和民间眼中的“定位”说起。 关羽:忠义的.............
  • 回答
    “中日韩若无矛盾,东亚将成世界中心”——这句话并非空穴来风,而是对这三国地缘政治、经济实力及文化影响力综合考量的深刻洞察。细究之下,我们会发现,正是这些本应协同发展的巨大潜力,因历史、地缘政治、经济竞争等因素产生的持续摩擦,阻碍了东亚整体力量的充分释放,使其未能完全站上世界舞台的中央。首先,我们不得.............
  • 回答
    这个问题非常有意思,也触及了财富积累的本质和资本市场的运作逻辑。游资(活跃的、追求短期高回报的投机性资金)确实能够在股市中制造短期的大幅上涨,也就是“拉涨停”,但为什么这批人(或者说他们的操作方式)却没有孕育出世界首富呢?我们可以从以下几个方面来详细分析:一、 游资的本质与操作模式: 短期投机,.............

本站所有内容均为互联网搜索引擎提供的公开搜索信息,本站不存储任何数据与内容,任何内容与数据均与本站无关,如有需要请联系相关搜索引擎包括但不限于百度google,bing,sogou

© 2025 tinynews.org All Rights Reserved. 百科问答小站 版权所有