1900:游走在欧洲的物理学霸 第928节

  但不管是哪一种波动,其与粒子的存在形式都是矛盾的。

  由于光子的特殊性,在讨论量子力学中的波粒二象性时,一般都以电子为例。

  所以,波动性是指电子的概率波性质,而粒子性就是指电子以质量存在的这种形式。

  目前的量子力学无法统一两者。

  这个问题不解决,不管量子力学发展的多么璀璨辉煌,都有着极大的风险。

  就好比数学领域的几次危机。

  科学理论必须建立在坚实的基础之上,一旦基础崩塌,其上的大厦也会瞬间分崩离析。

  虽然不理解波粒二象性,并不影响大家对量子力学的使用。

  但是在座的大佬们,肩负着夯实地基的责任。

  想不出来也得想!

  而现在,布鲁斯教授语出惊人!

  那个男人难道真的解决了波粒二象性的本质吗?

  大佬们立刻屏住呼吸,聚精会神。

  他们知道接下来的内容,必将改变物理学界!

  这时,李奇维继续说道:

  “在量子微观世界,粒子性和波动性是既矛盾又互补的两个方面。”

  “对单个量子客体,这里我以电子为例,进行描述的时候,如果只从其中一个角度描述是不完整的。”

  “只有从粒子性和波动性两个方面描述,才能形成对单个电子的完整描述。”

  “而且单个电子的粒子性和波动性不会同时出现,我们只能在某一次测量中观察到其中的一个性质。”

  “如果用粒子性的测量手段去观察电子,电子就会表现出粒子性。”

  “比如电子的碰撞实验、吴-康普顿散射效应、光电效应等等。”

  “如果用波动性的测量手段去观察电子,电子就会表现出波动性。”

  “典型的是电子的衍射实验。”

  “那么,最后还有一种情况。”

  “当我们不去测量这个电子时,电子是什么呢?”

  “我认为,此时的电子处在两种可能性的叠加之中!”

  “既不能说电子是概率波,也不能说电子是粒子。”

  “也不能说电子既是概率波又是粒子。”

  “只能说它什么都不是。”

  “只要试图对电子进行描述,那都是错误的。”

  “如果你非要下一个描述性的定义,那我宁愿称之为幽灵。”

  “不可知、不可视、不可想象的幽灵。”

  “所以,在电子没有被测量的情况下,对电子这样的单个量子客体的状态描述是毫无意义的。”

  “如果你想描述,那就必须先测量。”

  “这就是我提出的【互补原理】。”

  嘶!

  会场内安静的可怕!

  所有人都被互补原理震撼的无以复加!

  仿佛听到了这个世界上最不可思议的事情!

  这怎么可能?

  “上帝啊,布鲁斯教授竟然把测量这种和人主观意识有关的行为,纳入了物理框架之中!”

  “那岂不是把意识牵扯到科学之中?”

  “这简直如天方夜谭一般!”

  众人只感觉头皮发麻。

  按照互补原理的解释,电子在测量之前,什么也不是。

  没有任何办法能描述它的状态。

  只有当你去测量的时候,电子才会表现出波动性和粒子性的某个性质。

  你用波动性的测量方法,电子就表现出波动性;你用粒子性的测量方法,电子就表现出粒子性。

  这种感觉,就好像电子有意识一般!

  它能知道人类在用哪种方式测量!

  众人想到这里,简直不寒而栗。

  玻尔、海森堡、泡利,这三位量子力学的忠实守护者,也觉得不可思议。

  互补原理实在超出了他们的想象。

  研究到最后,电子的状态竟然是不可知的。

  这太夸张了!

  而爱因斯坦和薛定谔相视一眼,都从对方眼中看到了不可置信。

  本来他们今天是准备质疑概率波和不确定性原理的。

  结果还未开始,布鲁斯教授竟然提出了一个更加匪夷所思的理论!

  按照对方的描述,互补原理确实算是解释了波粒二象性的本质。

  但是这种解释,反而让人更加难以接受。

  这不仅是滑向不可知领域那么简单,而是把测量和意识代入了科学之中。

  细思极恐!

  爱因斯坦当即忍不住问道:

  “布鲁斯,你的互补原理是纯粹的语言描述。”

  “我认为它不足以支撑起如此丰富的内涵!”

  “你能给出数学描述吗?”

  众人皆是一惊!

  爱因斯坦教授可是布鲁斯教授的至交好友。

  他竟然当即提出反对。

  不过,大家转念一想。

  “这才是真正的知己!”

  在追求真理的这条志同道合的路上,思想的碰撞就是他们友谊的光芒!

  哪怕是玻尔等人也不得不承认,爱因斯坦的质疑有道理。

  物理学从来没有哪个理论是只有语言描述的。

  布鲁斯教授必须要给出互补原理的数学语言!

  面对爱因斯坦的问题,李奇维微微一笑,胸有成竹地说道:

  “当然可以!”

  “这正是我接下来要讲的内容。”

  “根据互补原理,当没有观察电子的时候,电子就处于概率波和粒子性两种状态的叠加之中。”

  “我们无法想象这是一种什么样的状态。”

  “就好比有一枚硬币,它能同时展现出正面和反面,我们无法想象那种形式。”

  “因此,我们只能从数学的角度写下电子此刻的状态。”

  接着,李奇维启动投影仪,一边写,一边说道:

  “这里我需要引入两个概念:本征态和叠加态。”

  “所谓的本征态,就是指电子经过测量后,可以确定的状态。”

  “当电子处于粒子性的状态时,这是一个本征态,用ψ(粒)表示。”

  “当电子处于概率波的状态时,这又是一个本征态,用ψ(波)表示。”

  “而叠加态就是指电子在没有测量前,那个无法描述的状态,用ψ(叠)表示。”

  “现在,就可以重新用数学语言描述互补原理。”

  “当电子没有被观察前,它处于本征态的线性叠加态中。”

  “公式表示为:ψ(叠)=ψ(粒)+ψ(波)。”

  “我把这个过程称为【态叠加原理】。”

  “态叠加原理导致了电子处于概率波和粒子性的叠加态之中。”

  “这种叠加态并没有现实的对应物,所以我们才无法想象,只能通过数学计算。”

  “这时,可能有人会问:那电子要如何从叠加态转变到本征态呢?”

  “很简单。”

  “只要对电子进行观察,那么电子就会瞬间从线性叠加态转变成某个特定的本征态。”

  “这个过程,我称之为【波函数坍缩】。”

  这时,在众人的呆滞中,李奇维继续说道:

  “如图所示,这是薛定谔方程。”

  “按照我的概率波理论,方程中的ψ代表了电子的概率幅,而|ψ|表示电子出现在某个位置的概率。”

  “现在,有了互补原理、态叠加原理、波函数坍缩这三个概念,我们就能对概率波进行更底层的诠释了。”

  “在没有测量之前,电子的位置就处于各种可能位置的叠加态。”

  “这个时候,电子可以同时处在任何位置。”(注意【同时】这个词,非常非常关键)

  “薛定谔方程就是对电子位置叠加态的描述。”

  “虽然我们不知道电子在哪里,但是通过理论,可以计算出电子出现在某处的概率。”

  “一旦对电子进行测量,电子就会发生波函数坍缩,它就会瞬间随机出现在某个确定的位置。”

  “所以,在测量之前,电子并不是我们想象中的小球。”

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