第五章 探索量子的秘密 第一节 量子的理解

1. 第五章 探索量子的秘密 第一节 量子的理解

第一节量子的定义 
  
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  量子力学产生于19世纪末20世纪初，是由普朗克、玻尔、海森堡，薛定谔、波恩、费米、狄拉克、爱因斯坦等一大批物理学家共同创立起来的理论，是在实验基础上，被证实的最严密的理论。量子力学一诞生就显示出了强大的生命力，迅速在各个行业中扩展开来，并成为一门宇宙自然的基础理论。 
  
  量子力学自诞生之日起到现在，历经100多年的时间  快速发展并  逐渐  完善起来  ，成为一套成熟的理论  ，  为大众所追捧。量子力学以其独特的魅力，  解决了许多经典理论不能解释的现象，大量的实验事实及实际应用也证明了量子力学是一个成功的物理理论  ，在实际应用中有着广阔的前景。 
  
  尽管如此，就目前来讲人们对  量子力学基本原理的理解  却存在着很大的争议，尤其在对量子是什么的问题上，还是很模糊的。在当初普朗克的能量子理论指引下，  众多的物理学  家通过实验引证  自己观点  ，  对量子的解释提出了  若干  自己的看法  ，在大方向不变的情况下，导致对量子的理解众说纷纭，没有统一的定论。有人认为量子是一种状态、一种性质还是一种理念；有人认为量子是一种单位，一种思维方式等等。迄今为止，人们在对量子的理解上依然存在着弱点与缺陷，还没有产生一套真正让人信服的完善定义，没有真正展示出量子的内涵来。我们在对量子的认识中，目前也只是小用，并没有最大限度发挥量子应有的作用。 
  
  从量子的发展历程可以看出，普朗克把量子定为一份一份的能量子概念，虽然拉开了量子力学的序幕，但已经不适合量子理论发展的需要。量子力学发展到现在又滋生出了许多新的内涵，量子理论又经历了一个个十字路口，甚至让人感到迷惘。从人们对量子理论不断探索发现，量子理论发展到今天不止是科学的问题还是哲学的问题，甚至也属于宗教所讨论的范畴，从量子表现出的一些诡异现象可以看出，量子理论是一个大杂烩的理论，集科学、哲学、宗教于一体。或许量子理论将成为宇宙终极的基础理论。 
  
  量子含义广泛，量子理论内容深奥，就像中国古典汉语文字一样，在不同的语境中有不同的意思，人们目前对它的认知还非常肤浅，只处于初级阶段，随着时代的日新月异，人们思维观念的更新换代，量子的概念还在不断变化发展，量子的影响也在日益扩大。基于量子动态发展的本质及博大精深的思维内涵，目前有关对量子的解释还没有形成系统的统一定论，量子的理解仍有争议，对量子的定义存在着偏差。以至于让人们摸不着头脑，大多数科学家公说公有理，婆说婆有理，总认为自己的说法是正确的，没有形成统一的理论。量子力学发展到现在延伸出的更多理论，越发让人觉得量子理论更加神秘难懂。 
  
  具体来讲，如何定义量子才比较全面而简洁呢？理解量子的含义是学好量子力学的基础。  什么是量子  ？  很多人对此都感到困惑，不知所云。 
  
  量子世界的现象是奇妙的，量子理论也是自然科学史上最复杂而神秘的一个理论，量子理论发展这么多年了，没有人能真正理解其中深奥的含义，为什么这么说呢？就连量子  理论  的创始人们  也无法说清楚量子究竟是什么，随着科学实践的不断发展，人们思维经验的不断积累  ，  量子的定义虽然迷雾重重，变得更加诡异，但其内涵  已逐渐  走向  明晰。 
  
  量子是一个大范围的概念，含义比较广泛，在不同的语言环境中代表不同的意思。 
  
  量子没有质量、体积，没有数量，没有形状、大小，只有能量。 
  
  量子相对来说比较抽象，不是一个实物粒子，是一个抽象的概念，虚拟元素，也是一种现象，在一定的环境中也是一种物质；在一定的语境中还表示单位，如实体  物质由不可再分的最小单元夸客构成，可以说物质也是量子化的，量子在这里表示一种物质细分到不可分割的最小单位的概念。我们周围的声音、温度、光线、力量，人的魅力、颜值，知识，时间、思维、规律、现象等都可以看成由一份一份的小单元所构成，这些都是量子或者是由量子组成的，量子几乎包括了我们宇宙中的一切物质现象。 
  
  量子含义包罗万象  ，动态性非常强，不同的人对量子有不同的理解，在不同的时代背景下又会滋生出新的含义，可以描绘无穷无尽的宇宙各种规律现象。 
  
  量子究竟是什么呢？     量子归纳起来有如下几种含义： 
  
  1、量子是一种能保持物质属性的最小结构单元的总称。一种粒子，无论其大小、形状如何，只要不可再分并保持着一定的物质单元属性，那么它就可以看成量子。量子与物质的形体、结构没有多大关系，是人为总结出来的一个物理量。 
  
  量子主要是没有质量、没有形体的物质，是组成物体的基本单元，最主要的特点是无影无形，主要依附在物质周围。表现出物质的某种属性，如颜色、温度、带电性、可观察性等。 
  
  2、  量子是各种能量细分单元的统称，这就是普朗克的能量子概念，我们可以把能量看成一份一份的小单元，这种小单元就是量子，量子又代表着能量。说起能量，这又是一个复杂的话题，这里我们只简单的讲一讲，能量是一种能引起其它物体变化的存在。众多量子可以组成能量  ，  量子也称为能量子。能量子  可以单独存在，  能组合在一起  构成波体物，如光、声、电、  力  等  就是由相应能量子组成的，不同的能量子组成的能量不同。能量的最大作用是能对其他物质产生影响，使其他物质发生变化，这种作用主要是利用能量子变化来实现的。 
  
  3、量子是一种单位。一个物理量如果存在最小的不可分割的基本单元，则这个物理量可以说成是量子化的，并把这最小单元称为量子。量子在研究中是组成物质最小的物质单元，不能再细分，  理论上没有比量子更小的物质单位了，量子虽说是不可再分的离散单位，但所有量子又是以整体形式组合在一起的，又表现出量子整体的特性  。如梯子由许多台阶组成，每一个台阶就是组成梯子的最小单位，我们只能说梯子由一个一个最小单元的台阶组成，而不能说梯子有1/2个或更小的台阶组成。如这里的台阶就相当于一个量子单位。又如光是由光量子组成，光量子就是组成光的最小单元，不能说还有1/2个光子、  2/3个光子，光子就是组成光能量的最小单位。又如一栋建筑物由一万块砖组成，那么这个砖就是组成建筑物的最小单位，砖就可以看成量子。 
  
  4、从人类思维认知角度来讲，量子是一个抽象的概念，是思维感知到的内涵，也是物质上所表现出来的一种内禀属性，这种属性包括着一定的密码信息，这些信息能刺激人体感知系统让思维意识到，也称为量子信息或信使粒子。 
  
  人对宇宙万物的感知到底“知”的什么呢？宇宙客观物质和人是两类独立的个体，两者并不相关，但两者又是紧密相联系的，思维意识“知”的就是宇宙万物上的一种抽象密码信息情况，同时这种密码信息还能存储在思维里，主导人思维的发展，能对人的思维及个体产生影响。思维所“知”的抽象信息密码就称之为量子，量子是人与宇宙万象联系的桥梁，是人与人交流的工具及纽带。 
  
  比如我们说到酸梅，我们的唾液就会自不其然地流出来，是什么物质使得我们的唾液流出来呢？这是因为酸梅上的量子信息刺激了我们的神经系统，促使我们唾液流出来。这里的酸上包含着一种量子态物质，刺激我们相应信息的神经元，从而使我们的唾液流出来。同样的道理在冬天里我们说到火，我们的身体就会暖和，因为火这种客观存在上面加载有一定的量子信息，我们的思维能感知到这种信息并作出相应的反应从而调节我们的身体机能，使其感到暖和。比如我们感知眼前的物品，而物品却在原地不动，是物品的什么刺激我们的神经呢？让我们感觉到物品的内涵，我们可以把物品信息进行描述，甚至可以和他人交流，这也是由物品上附加的量子信息引起的。如一本书有巨大的影响力，这种影响力也是量子。 
  
  5、量子还表示物质存在的一种状态，称为量子态。量子态是无影无形，离散而又可以看成一个整体的物质状态。量子态物质在宇宙中种类众多，形式各样，几乎影响着我们生活的方方面面，思维、声音、光线、味道、信息、运动、颜色等都可以看成是量子态物质。量子态物质可以同时或单个的看成波、粒子、膜、场等形式，如果拥有这些特性的物质可以看成是量子态，如电子是一种量子态物质。在宇宙中以波、粒子、场等形式出现。 
  
  6  、量子还是  一类存在现象的统称，  是为专门迎合我们感官器官而出现的，根据感官器官感知到的内涵，如我们眼睛看到的，耳朵听到的，触觉嗅到的，都可以称为量子。同时还能表现出物体的大小和温度  、  颜色、体积、变化等，这些都可以归结为  由  量子  引发的  现象。如一碗水，水面平静的时候，除了水以外什么都没有，当加载力量子后水面上有波纹，水波就是力量子的表现。宇宙中的各种现象是量子组合而形成的。量子组合从时空和维度上讲有无穷性，如我们听到自然界千变万化的声音，就是由各种量子组合而成。  宇宙中量子存在的方式及种类很多，在一般在原子中，量子受  原子核  的影响，由原子核上的弦  发出，  依附在原子核上或原子核周围，  对原子核起限制作用，同时也受原子核的影响，对外表现出原子核的某种性能  ，如表现出原子核的颜色、温度、是否带电等  。  它  和  物质内部原子核一起构成物质的原子  或者分子  ，也可以  整体  存在于物体的表面和外部，对外表现出物体拥有的能量，可以说量子是构成物质的主要成份，同时量子也表现出  物质的温度、色彩、光泽度、导电性、形态、状态（运动、发音）等  ，  而这些都是客观存在的自然现象  ，  我们可以通过  感官器官感知其存在  。  量子这种物质很特殊，没有质量，而又充满着整个宇宙空间或者物质中，拟乎有不占用空间，可以中合而消失掉，变成虚无。  量子总的来说是一种无质无体，在宇宙空间中无处不在，而我们又能感知到的物质。如果我们随便伸手在眼前空间中抓一把，假如我们眼前是真空，排除空气外，那么我们手里抓到的是什么呢？是各种量子，有声、光、电量子等等。 
  
  7、  量子是一种介质  ，是承载和传播一种隐形信息的工具，  假如说我们观看一幅有关水果的画卷，往往我们的唾液就  会  不知不觉的流出来，这是什么原因呢？这说明了什么？光  量子  通过这幅画卷，反射到我们的眼睛里，刺激我们的神经细胞，使我们的唾液产生。具体来讲，又是什么刺激我们的神经细胞呢？其实是画卷里  所含的一种隐形信息  元素在刺激我们的神经细胞，导致我们产生的唾液。这种元素就是虚子  ，虚子加载在光量子上，通过光量子介质的传播刺激了  我们的神经细胞，  从而产生唾液现象，  我们神经细胞吸收的是光子中的虚子  。物体对物体的影响是通过什么来实现的，也是通过虚子来实现的，人对物体的控制就是通过虚子控质量子来对物质变化进行控制的。 
  
  8、量子还代表一个系统。量子含义广泛，认识量子往往不能只看表象，要在具体的语言环境中去分析，才能展现出完整的性质。量子代表着一个强大的现象系统，这种系统在宇宙中起着重要的作用，影响着人们的方方面面。如知识就可以看成一种量子系统，信息也可以看成一种量子，这些都是一套完整的理论系统。 
  
  量子的内涵广泛，是宇宙的基础物质单元，包容着宇宙中万事万物  ，不同的物质环境中，量子所表现出来的意义其性质是不一样的  。综合起来说量子主要是指  能保持物质  物理特性的最小单元  的统称  ，量子的最大特点就是没有质量，却又能表现出一定的物理特性。  这样来定义量子  ，  大致上能把量子的相关特性融合到一起  ，基本上能说明人们在对各种客观宇宙现象中所了解到的量子现象。无论物质单元如何变化，如何抽象，甚至如何虚幻复杂，把量子看成介质也好，看成系统也好，看成物质最小单元也好，那就是它们都拥有一定的物理属性，并为我们所感知到，这一点是定义量子的根本，量子与我们的思维感知有很大的关系。 
  
  量子基本上是没有质量的物质单元，  宇宙中没有质量的世界是一个庞大的世界，远远大于我们有质量的世界。如我们的思维就是一个没有质量的世界  ，思维充满着整个宇宙却又不占用任何宇宙空间，宇宙中的一切都与思维感知有关，都是思维的派生物。量子现象的内容广博，  宇宙中一切物质发展都与量子现象有关。如物质的颜色  ，  温度，人类  身体的运动，引力，思维的  认知  ，  宇宙的走向等这些都可以用量子现象来解释。 
  
  二、古人的量子观 
  
  量子的内涵  远远不止这些，  量子  也  不是在近代才产生的，其实在很早以前就已经产生了量子相关理论，只是名字叫法不一样而已。 
  
  古希腊  哲学家  留基伯认为，“原子”或“以太”和“虚空”是万物之源  ；  中国  古代  的伏羲、孔子等人认为太极是万物之源，  所有的物质包括生命、恒星、空气等等都是从这里面产生出来的。  其实这些都是简单朴素的量子理论  ，太极、以太、虚空，它们都是量子化的，都能显示出一定的物质特性  。  如果  我们  把不可分割的“原子”或“以太”看成是实  物，  “虚空”看成是虚  物  ，  宇宙则是实与虚的融合体。  太极、以太从本质上讲就是一种量子现象，而构成太极，以太的最小单元可称为量子。这些理论恰好也是哲学思想的源头，故此有人说量子理论是联系科学与哲学的桥梁。 
  
  宇宙中，没有质量的就是量子的。在宇宙中哪些属于没有质量物质种类的范畴呢？如温度、光线、味道、颜色、知识、思维、时间、空间等等，这些都是属于没有质量的物质，这些物质在宇宙中作用重大，都是由量子组成的。 
  
  思维是宇宙中一种很奇特的物质，思维也是量子化的，思维意识的本质也是量子效应。 
  
  在我们固有的意识中，以前我们总生活在一个有质量、有形体的客观世界中，而忽视了没有质量、没有形体物质的世界。没有质量、没有形体物质的世界更加广博深奥，一切没有质量、没有形体物质世界属于量子世界，这个世界几乎占据着整个宇宙的全部，我们所感知到的有质量物质的世界不到整个宇宙无质量世界的1%。 
  
  在众多量子态物质中，我们感知器官感知到的量子称为实量子，  如声、光、温度等量子是实实在在存在的实量子。像  力量子等我们的感知器官不能直接感知到可以从它的表现间接感知到我们称为虚量子。时间、空间、知识、思维等是宇宙中存在的，要通过我们深层次的思维体验才能感知到其存在性，这些物质的组成单元统称虚子。 
  
  在了解量子理论的定义后，我们将对量子理论有一个清醒的认识  ，那么我们身边的一些量子现象将不会变得那么扑朔迷离，量子论将我们的思维带向更广阔的宇宙深处。 
  
  众多量子组成一个强大、复杂、虚幻的量子世界，量子世界伴随着我们的宇宙世界存在而存在，我们除了生活在客观世界之外，还生活在量子世界中。 
  
  从目前人们对各种宇宙现象的分析来看，思维是量子力学的主体  ，我们有理由把思维加入到量子力学的内涵中来，  我们把有思维参与的量子力学理论称为量子心学  ，量子心学将开拓一片比量子力学更广阔的空间。 
  
    
  
    
  
 :bol��A1n�-��t&����000pt;mso-font-kerning:1.0000pt;" >：把一只猫放进一个 密封好  的盒子里，然后把这个盒子接到一个包含  有  原子核和毒气设施  的装置上  。原子核  在一小时内有一半的几率可能  发生衰变，  衰变后所释放出来的  粒子就会触发毒气设施，  使毒气释放出来，  毒气一触发就会杀死这只猫  ，原理大概是这样子的。 
  
  我们想象一下，在我们对猫进行观察之前，盒子里的猫究竟是死是活，我们不知道。换句话说  ，猫处于  一  种既死又活的迭加状态。 
  
  按照哥本哈根学派的理论来说，在打开盒子进行观察时，猫的生死就会是固定的，要么生，要么死，这个理论看起来并没有什么问题，我们是要在打开盒子之后才能确定猫是死是活。客观上，猫的死活，是不需要人们观察的！早在你观察之前，它的生死就是固定的！但是你没有观察它，猫的生死对我们来讲是毫无意义的，当我们观察它，才会变为我们思维感知的内涵，量子系统的叠加态会因由和外部世界的相互作用，或被外部世界测量时而变成一种固定态的理论，参照实验来说，即猫是在被外部世界所观察之后，它的生死才处于一种固定态。但按照客观来说，这个猫，不管你外部观察与否，它的生死早就固定了。 
  
  这个问题一提出来，物理学家一个个都惊呆了，原来以为只有微观世界才有这种  状  态叠加，就是状态不确定，既处于这个状态，又不处于这个状态  ，  现在  在  宏观世界也  适用了，  猫不就是这样吗？有一只既死又活的猫。这与我们的经验严重违背。这个猫是死了还是活着？既死又活是同时存在的，量子力学认为两者同时存在。那么怎么可能既死又活同时存在呢？人不能想象这种状态，于是大家就把这个实验进一步讨论下去。 
  
  1963年获得诺贝尔物理学奖的维格纳  在薛定谔的猫的基础上，又有了一个新的想法  ：我让个朋友戴着防毒面具也和猫一起呆在那个盒子里面去，我躲在门外，对我来说，这猫是死是活我不知道，猫  可能  是既死又活。事后我问在毒气室里戴防毒面具的朋友，猫是死是活？朋友肯定会回答，猫要么是死要么是活，不会说是半死不活的。他这个说法一出来大家就发现，问题在哪儿呢？一个人和猫一起呆在盒子里，人有意识，意识一旦包含到量子力学的系统中去，它的波函数就坍缩了，猫就变成要么是死，要么是活了。也就是说猫是死是活，只要一有人的意识参与，  猫的生死状态  就不再模糊  ，而变得确定  。维格纳总结道，当朋友的意识被包含在整个系统中的时候，叠加态就不适用了  ，就变成一种确定的状态  。 
  
  即使他本人在门外，箱子里的波函数还是因为朋友的观测而不断地被触动，因此只有活猫或者死猫两个纯态的可能。  从这个实验可以看出  ，意识可以作用于外部世界，使波函数坍缩  变成确定的状态  。确实只能这样认为  ，人的观察会使波函数的量子状态坍塌  。  人们观察的结果会使物质的状态发生变化，可以从虚拟的叠加状态变为确定的实际状态。在我们没有观察之前物质世界是不确定的，当我们观察之后物质世界就会变成确定的状态。 
  
  意识是我们观察世界的主体，我们的世界随着意识的变化而变化，世界是什么样子的本身并不重要，这完全取决于我们的观察。 
  
  量子力学发展到这里似乎走上了歧途，于是乎让人感到越来越疑惑了，量子竟然和意识走在了一起，这条歧途将通向一个唯心主义的领域，顺着这条路走下去，将不可避免的陷入“多重宇宙”、“平行时空”、“无限分裂宇宙论”的泥潭。 
  
  从这条歧途返回来，我们再来看看量子力学在什么地方出现了问题？ 
  
  必须承认量子理论是成功的理论。它能够完美的解释一些观测到的粒子的现象。但它不可预测的随机性又和我们的普通常识发生了冲突。难道量子论是一个不完美的理论，缺少一些造成随机性的隐含变量。 
  
  顺着这个思路，玻姆在1952年创立了一个完整的隐变量体系。他假设一个电子具有确定的轨迹，而又认为是隐变量在扰动了它，造成我们观察不到的情况。这个理论却遭到了爱因斯坦的强烈反对，存在却观察不到这和不存在又有什么分别呢？ 
  
  世界本来就是实实在在存在的，而现在物理学不得不重新审视这个荒谬的问题，世界到底是客观还是主观？ 
  
    
  
    
  
 
  
  
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2. 第四章 量子力学的发展 第一节 旧量子论

 
  
  第1节    旧  量子理论 
  
  一、两朵乌云 
  
  我们的故事要从近代物理学的诞生那一刻说起。 
  
  自伽利略发明望远镜打开宇宙的大门开始，我们的物理发展就一发不可收拾，呈现出欣欣向荣的局面，直到牛顿出现以后我们的物理学逐渐走向了成熟与完善。 
  
  牛顿对物理学倾注了大量的心血，发现并完善了各种物理理论，对当今物理学的发展起着至关重要的作用，使其逐渐形成了由  热力学、能量守恒定律、统计物理学组成的近代经典物理学体系，从此，人们便生活在经典物理的世界之中。 
  
  回想当初，人们构建起来的经典物理图景是如此的优美、多么令人陶醉，并为人类的发展作出了不可磨灭的贡献。以至于当时人们都相信，经典物理体系几乎可以解释一切物理现象，这个世界所有的基本定律都已经被发现了，物理学已经走到了自己的极限和尽头，再也不可能有任何突破性进展了。 
  
  然而，到十九世纪末，各种各样新的物理理论，在和煦温暖的经典物理世界里早已暗流涌动，严重冲击着经典物理学那辉煌的大厦，最出名的要数在物理学上空笼罩着的“两朵乌云”。 
  
  时间流逝到了1900年，那是一个动荡不安的岁月。 
  
  那一年，中国正是清朝政府统治时期。在中国境内，八国联军正在和义和团展开激烈的战争。在西方  ，  正经历了工业革命以后的大发展时期。 
  
  1900年4月，伦敦上空依旧雾气弥漫，正在浓雾中举行的英国皇家研究所报告会上，开尔文勋爵发表了一篇演讲。 
  
  70多岁的开尔文在演讲中带着浓厚的爱尔兰口音沉重而大声说道：经典物理学的大厦已经趋近完美，未来的物理学家只需要进行边边角角的修补即可，只需要将常数小数点后的精度提高几位而已，剩下的只不过是再做一些查缺补漏的工作。当然，敏锐的勋爵并没有把话说绝。在最后，勋爵停顿了一下，又低沉的说道：当然，在晴朗的天空上还漂浮着令人不安“两朵乌云”，这“两朵乌云”使我们的物理学显得黯然失色了。 
  
  开尔文勋爵或许不会想到，在这雾霭沉沉季节的一篇演讲稿从此会名垂青史，“两朵乌云”从此在物理学上留下了浓重的一笔。 
  
  正是这“两朵乌云”，最后酿成了一场席卷物理界的风暴。  开尔文能够发现两朵乌云，并为之忧心忡忡，足以证明他富有远见。 
  
  “两朵乌云”，一朵是迈克尔逊-迈雷实验，一朵是黑体辐射。前者，为了验证传说中“以太”的存在，迈克尔逊设计了一套相当精彩的实验仪器——迈克耳逊干涉仪。然而，实验的结果坚定的否决了以太的存在。这种结果，让经典物理学处于进退两难境地，物理界顿时陷入迷茫之中，光究竟是依靠什么传播的，为何光速恒定为30万公里每秒。 
  
  最终，“这朵乌云”让科学家放弃了以太理论重新去审视光的本质，引出了相对论。 
  
  再说后一朵乌云，  指的是黑体辐射实验和理论的不一致。在开尔文发表演讲的时候，这个不一致的问题，还没有任何解决的线索，“这朵乌云”最后结局是把量子力学送上了世界科学的舞台，开始发挥它那强大的威力。 
  
  很早时候，人们就开始注意到物体的热和辐射之间有一定的联系，比如说一块金属放在火上加热，随着温度的升高，它的颜色会发生变化，它会变得暗红起来，随着温度再升高，它会变得橙黄，到了极高温时，如果他没有汽化，将可以看到蓝白色。也就是说物体的热辐射所发出的光和温度有着一定比例关系，问题是物体发出的光和它的温度之间究竟有怎样的函数关系。 
  
  为了找到这个关系，许多物理学家投入了大量的研究，物变成为理学家们在理论上假设了一种理想物体——黑体，来作为热辐射研究的标准物体。黑体是一种能够全部吸收外来辐射而毫无任何反射，这是一种吸收率100%的纯黑色物体。 
  
  直到19世纪末，研究这方面理论的科学家，都没有取得任何进展。 
  
  那么光到底是一种粒子还是一种波？不解决这个难题，物理学没法继续发展，而开尔文在台上描述“第二朵乌云”的时候，人们还不知道这个问题最后将带来一个怎样的结果。但是，在1900年新世纪来临的那一刻，也带来了物理学的一个新纪元，量子力学的一个主角——德国人马克斯普朗克将拉开物理学崭新的一幕。 
  
  二、能量子理论 
  
  普朗克，德国人，生于1858年。最开始，普朗克的研究兴趣本来集中在经典热力学领域，但是在1896年年，他对黑体辐射表现出了极大的兴趣。 
  
  在研究中，普朗克在其他科学家失败的基础上，决定抛却心中一切传统理论，找到一条独辟蹊径的理论来研究黑体辐射。最终他发现，要使黑体辐射公式成立，就必须做一个假定，假定光在发射或吸收能量的时候不是连续不断的，而是一份一份的！这样子才能导出黑体辐射公式。 
  
  这个决定看似简单，却是一个非常了不起的发现，因为它和当时一切物理学观念都截然相反，如果是真的，那就等于颠覆了物理学的基石，让整个物理学得去重新建造。 
  
  比如说：水被加热到沸腾是100摄氏度，我们理所当然的认为水温在某个时间会达到50摄氏度，达到60摄氏度，达到70摄氏度达到99摄氏度，总之水温一定会通过100摄氏度之前所有的数值，它会在某个时刻，精确的等于那个值，一直连续不断慢慢的上升到100摄氏度为止。 
  
  人们从未怀疑过这种连续性、平滑性的角色，因为它是微积分的根本基础，是牛顿、麦克斯韦的物理体系基础，而现在普朗克却站出来说，水温有可能不经过100度之前的某个数值，而直接跨过去直奔100度，这怎么可能呢？这真是一种太奇怪的说法。 
  
  普朗克的理论说明光也有一个最小的单位，这些最小单位组合在一起就形成了光，就好比我们上楼梯，每次都至少要跨上一个台阶，绝不可能跨上1/2，3/4个台阶，在这里每个台阶就是一个最小的单位。而光也是这样子，按照最小单位一份一份的发出，这两个最小单位之间，是我们无法认识的禁区，换言之，光是不可能无限细分下去的，有一个最小的能量单位，光就是这些能量单位组合的表现。 
  
  而且至关重要的是，可以从普朗克的公式里推算出最小单位的精确数字，它约等于6.63×10的-34焦耳每秒，这个单位非常小，小到是天文数字一样，身后就有30多个零，但是这么小的一个数字，目前已成为科学中最重要的常数，被命名为普朗克常数。     
  
  普朗克  在研究中还  发现，如作如下假定  ，  则可从理论上导出其黑体辐射公式：对于一定频率ν的辐射，物体只能以hν为能量单位吸收或发射它，h称之为普朗克常数。换言之，物体吸收或发射电磁辐射，只能以量子的方式进行，每个量子的能量为E=hν，称为作用量子。 
  
  从经典力学来看，能量  是  不连续的  、单个离散的  概念是绝对不允许的。普朗克假设单独量子谐振子吸收和放射的辐射能是  一份一份  的，这一观点严重地冲击了经典物理学  ，受到当时广大物理学家的强烈反对。 
  
  普朗克的能量子理论告诉人们，能量子的振动不只发生在光这种物质上，还可以发生在其它任何物质上，任何物质都是连续而又离散的，这颠覆了传统的经典力学观念。 
  
  随着时间的推移，人们逐渐认识到普朗克的量子理论是正确的，假设也是有根据的，并渐渐为人们所接受。普兰克量对能量子理论改变了人们的思维，  改变了我们对世界认知的观念，颠覆了以前所有的物理理论现象，是人类发展史上的一次飞跃。 
  
  请记住1900年12月14日，普朗克这一天在德国物理学会上宣读了他名垂青史的《黑体光谱中的能量分布》论文。这一天后来被确定为量子力学的诞辰，并成立了普朗克学会来纪念他这一项卓越的成就，目前德国普朗克学会是国际上规模最大威望最高成就最大的由政府资助的自治科学组织。 
  
  普朗克提出  的  量子概念  ，对近代科学界来说是了不起的发现，从此一个无形的幽灵开始在人们的心中游荡，这不亚于当年牛顿发现的万有引力定律，量子理论开拓了一门全新的学科领域，后世的任何科学发展基本上都涉及到量子相关理论，这也标志着量子力学的诞生。 
  
  尽管普朗克提出能量子理论以后，大多数科学家都对他的能量子理论并不在意，因为他的理论与经典力学格格不如，甚至大多数科学家还反对他的结果，认为他的理论只是一个假设，没有任何实验依据，就连普朗克本人也觉得自己的理论有问题。这样子，能量子理论整整被凉了15年，也没有对物理学起到决定性的作用，直到1915年波尔取得成功以后，能量子理论才登上科学的发展舞台  。这也难怪，当时无论是他本人还是其他人都没有对量子的相关概念抱有充分的认知，以至于产生了这样的结果，这也是在必然之中。 
  
  而今，绝大多数物理学家已将量子力学视为理解和描述自然的基本理论。量子理论有力地冲击了原有的经典物理学理论，促进物理学发展到更深入的微观世界，从此奠定了现代物理学的开端。 
  
  直到现在，物理学家关于量子相关理论还在不断的补充与完善，随着科学家们的不懈努力，量子的相关理论范围还在不断扩大，一些未解之谜还在不断的得到实证，由此也衍生出一些分支理论，如弦理论等。 
  
  普朗克发现量子论以后曾告诫人们，量子力学威力巨大，我们一定要谨慎使用，万不得已的时候千万不要使用。足以可见，100多年前普朗克的战略性眼光。今天我们是乎忘记了普朗克的告诫，并在大规模、大范围的使用量子理论。 
  
  三、爱因斯坦的光电效应 
  
  当普朗克提出能量子理论以后，物理学界对普朗克发现的能量子理论反应极为冷淡，甚至很多科学家都反对普朗克的量子理论，在之后5年之中，没有人对普朗克的能量子加以理会，这样子普朗克的能量子理论被搁置了5年。      直到1905年，爱因斯坦才对普朗克的能量子理论作了进一步推广。 
  
  爱因斯坦认为，  不仅黑体和辐射场的能量交换是量子化的，而且辐射场本身就是由不连续的一份一份的光量子组成，每一个光量子的能量与辐射场频率之间满足ε=hν，即它的能量只与光量子的频率有关，而与强度（振幅）无关。 
  
  假定一束光射向金属表面，实质上就是把具有能量ε=hν的光子流投射在了金属上。如果照射光的频率过低，即光子流中每个光子能量较小，当他照射到金属表面时，电子吸收了这一光子，它所增加的ε=hν的能量仍然小于电子脱离金属表面所需要的逸出功，电子就不能脱离开金属表面，因而不能产生光电效应。如果照射光的频率高到能使电子吸收后其能量足以克服逸出功而脱离金属表面，就会产生光电效应。 
  
  这样，爱因斯坦把能量子理论引入到自己的实验中，成功解释了光电效应现象。他假定光在空间中传播正是像粒子那样运动，这种粒子后来被称为光量子或者光子。 
  
  当爱因斯坦提出光量子理论以后，同样受到广大物理学家的强烈反对。     甚至就连当时提出能量子概念的  普朗克也认为爱因斯坦的光量子理论“走的太远”  ，偏离了物理学的发展方向，就这样光量子的学说也被人们否定了。 
  
    
  
  四、玻尔模型 
  
    
  
  直到  1913年，丹麦物理学家尼尔斯·玻尔把当时人们持极大怀疑的普朗克、爱因斯坦的量子  论及  当时无人承认的卢瑟福模型，与表面上毫不相干的、当时属于化学范畴的光谱实验巧妙地结合了起来，  这样量子论才被大众所接受。 
  
    
  
  1910年卢瑟福在实验室里发现原子核是带正电的，而电子周围绕在原子核周围运转，但是这个发现却在理论上极其不可能，因为带负电的电子会一点一点的失去能量，失去能量的电子最终坠毁在原子核上，整个过程发生得非常迅速，连一眨眼的功夫都不到，只有创造一种新理论才能解释这种现象，但那是一件非常困难的事情，很多物理学家都以失败而告终。 
  
  卢瑟福的学生波尔没有因为卢瑟福遇到的困难而放弃研究，他凭借着敏锐的洞察力和直觉意识到原子在这样的层面上经典理论将不再成立，只有普朗克的量子概念才会是一个解决问题的切入点，于是他带着量子化的观念去研究电子的运动。 
  
  玻尔在研究中发现  ，电子在定态轨道上，  运动过程也是不连续和任意的，其轨道也是量子化的，可以被分成一个一个的小单元，最小单元之间则是电子不可能出现的禁区，电子只能在不同位置之间按照一定的量子单位切换，让你看到他随时出现在不同的位置，  他就像一个高超的魔术师一样，会在舞台上神奇的变换位置，却让你看不到每一步是怎么走的，或者说他是一闪一闪的出现不同的位置。 
  
  玻尔还认为，原子核具有一定的能级，当原子吸收能量，原子就跃迁更高能级或激发态，当原子放出能量，原子就跃迁至更低能级或基态，原子能级是否发生跃迁，关键在两能级之间的差值。根据这种理论，与实验符合得相当好。可玻尔理论也具有局限性，对于较大原子，计算结果误差就很大，玻尔还是保留了宏观世界中轨道的概念，其实电子在空间出现的坐标具有不确定性，电子聚集的多，就说明电子在这里出现的概率较大，反之，概率较小。 
  
  这是玻尔提出的原子模型概念，这个模型是充分吸收并发展了普朗克的量子假设，这之前的量子理论统称为旧量子论。 
  
  波尔以论文的形式发表了自己的理论，  这一理论对后世量子的发展有着深远的影响力，在量子物理发展史上添下了浓重的一笔。 
  
  波尔原子模型是  旧量子论  形成的标志  。旧量子论虽然解释了一些现象，但  无  论在逻辑上还是在对实际问题的处理上，都有严重的缺陷与不足。  他的理论同样遭到广大物理学家的普遍反对，包括爱因斯坦在内的物理学家也觉得他这一理论太玄乎了。大多数物理学家并没有承认波尔的理论，尽管如此，波尔的理论仍然对物理学的发展仍然有着重要的意义，是量子物理发展史上具有划时代的重要文献。 
  
   

3. 探索量子世界：量子力学的诞生(03)

    探索量子世界：量子力学的诞生(03)   
     
          在上一节的内容中，我们运用量子假设，初步建立了辐射理论。而在这一节中，汤姆孙、卢瑟福、玻尔三位天才将为我们展现原子结构理论的演变，并最终在量子假设的基础上初步建立原子结构的理论。  
     电子的发现  
    1858年,德国科学家普鲁克对一个装有金制电极的玻璃管，加上高电压进行通电实验，他把玻璃管内空气抽出，发现真空玻璃管内阴极附近出现了绿色的辉光。后来确认这种辉光是由阴极所产生的某种射线形成的，于是这种射线被称为“阴极射线”。 
    1897年英国物理学家汤姆孙根据放电管中的阴极射线在电磁场和磁场作用下的轨迹确定阴极射线中的粒子带负电，并测出其荷质比，他所测得荷质比是当时已知的质量最小的单价氢离子荷质比的2000被。并且，如果使用其他金属制作电极或者用其他气体产生阴极射线，均能测得相同的荷质比。汤姆孙认为，这说明阴极射线粒子是构成其他各种物质的共同粒子。 
    汤姆孙测量出阴极射线粒子的电荷，发现与氢离子的电荷大小基本相等，这说明其质量比任何一种原子都要小得多，这种粒子被命名为“电子”。 
    1905年，汤姆孙因为发现电子而获得了诺贝尔物理学奖。 
     
     原子的结构  
     汤姆孙的葡萄干面包模型：  
    汤姆孙在发现电子之后趁热打铁，在其基础上提出了原子结构的一种模型——葡萄干面包模型： 
    1、正电荷在原子中均匀分布，而电子镶嵌在原子中，正电荷负电荷相互抵消。 
    2、受到激发时电子就会离开原子，形成阴极射线。 
    不过这一看似巧妙的模型，很快便遭遇了挑战，而挑战者是出生于新西兰的英国物理学家——卢瑟福。 
     卢瑟福的行星模型：  
    在卢瑟福用α粒子轰击金箔靶面前，其实早在1906年的夏天，正在加拿大麦克希尔大学工作的卢瑟福就已经隐隐有了这样的想法。 
    1906年夏，卢瑟福发现了一个出人意料的实验结果：一束α粒子在通过薄薄的云母片后，发生了偏转角度约为2 的小角度散射。当时，卢瑟福猜想是电磁作用导致α粒子发生了散射，在他简单计算之后，他得出了惊人的结果：产生偏转作用的电场应为10^4V/cm，这意味着物质原子一定是极强电场的集中点。 
    三年后的1909年，卢瑟福在他位于曼彻斯特的实验室里进行实验。他问新来实验室的新人迈尔斯登：“请你看看，能不能造成一种阿尔法粒子从金属表面直接反射回来的效应。” 
    不过当时卢瑟福很快就觉得这实验不太可能成功，卢瑟福回想起这个想法，他是这么说的：“这件事看起来是如此的不可能，就好像你用15in的重磅炮弹射击一层薄烟纸，但炮弹却被弹了回来打中了你自己。” 
    幸运的是，迈尔斯登的努力没有白费，在盖革的帮助下，他们在黑暗的环境中看见了α粒子打在周围荧光屏上的闪光，而只要根据闪光的数目和位置，就能对α粒子进行计数，并确定它们散射的方向。 
    不过他们的工作在汇报给卢瑟福后，并没有立刻得到卢瑟福的反馈。一直到两年后的1911年，卢瑟福认为这一实验结果中绝大多数的粒子轻松穿透了金箔靶，这说明原子内部有着相对于原子本身来说非常大的空间，这与汤姆孙的模型并不吻合。 
    而对于大角度散射，卢瑟福否定了α粒子每穿过一个原子便偏转一定角度，最终积少成多的想法，因为按照统计学的概率，α粒子多次偏转不可能发生任何有倾向性的结果。卢瑟福认为，应当是原子馁有一个“核”，它集中了原则的最主要质量与全部正电荷。 
    卢瑟福于是根据这些想法开始搭建他的原子模型，最终行星模型诞生了，原子的核在最中间，电子在周围绕着它转动。这样的模型完美地解释了盖革和迈尔斯登的实验现象。 
    然而，行星模型一诞生就遭到了沉重的打击，因为根据经典物理学，这样的模型是不存在的。很简单，因为带电粒子做圆周运动会产生电磁辐射，这就意味着电子会不断失去能量最终一头扎入原子核中。在当时的最富盛名的卡文迪许实验室，没有人认真地看待这个模型，不过有一个人是其中的例外，他就是玻尔。 
     波尔理论：  
    1912年，出于对卢瑟福行星模型的相信，玻尔从卡文迪许实验室来到了卢瑟福位于曼彻斯特的实验室中。 
    1913年2月初的一天，玻尔的同学，光谱学家问玻尔：“你的理论怎么解释光谱公式？”玻尔很惊讶，因为他并不知道什么是光谱公式。当天，玻尔就开始在文献中寻找，当他看见那个光谱公式，即著名的关于氢原子光谱的巴耳末公式时，他就明白，这就是他所需要的能证明行星模型的稳定性的证据。 
        图 | 巴耳末公式  
    一段时间后，玻尔就发表了他的著作《论原子与分子的结构》，其中，他阐述了原子的量子理论的三个假设： 
    1、存在一系列不连续的原子的稳定状态，其能级由Em、En、…表示，处在定态中的电子虽然做轨道运动，但不发射电磁波； 
    2、当电子从一个轨道“跃迁”到另一个轨道时，发射(或吸收一个光子)，其能量为hv=En-Em。 
    3、角动量量子化：L=mvr=nℏ 
    我们根据圆周运动的公式结合角动量量子化便能得到电子的轨道和电子的速度，推导如下： 
       根据玻尔的理论，我们计算出氢原子基态能： 
    E1=-(me^4)/(2ℏ^2)=-13.6eV 
    它的数值恰好与氢原子的电离能相等，这显示出玻尔理论的正确性。 
    1922年，玻尔因其建立原子量子理论的开创性工作获得了诺贝尔物理学奖 
     
     波尔理论的局限性：  
    对于简单程度仅次于氢原子的氦原子，其结果与实验不符合，即便对于氢原子，这个理论也只能求出谱线频率而不能确定谱线的强度。 
    下期预告 
    在我们运用量子假设初步建立了辐射理论和原子的理论后，下一章我们将迎来另一位天才——德布罗意，他理论将为量子力学建立一根新的支柱——实物粒子的波动性，敬请期待下期探索量子世界：量子力学的诞生(03) 
     参考文献：
   [1]顾樵.量子力学Ⅰ[M].北京:科学出版社,2014.6
   编 辑|笨笨
   校 对|笨笨
   审 核|笨笨

4. 第五个维度可以很好地解释怪异的“量子现象”

我们知道宇宙有四个维度，但为什么只有四个，而不是5个甚至更多呢？
     
 弦理论学家声称宇宙有很多维度：0、11、26，但是除了4个维度外，所有维度都卷曲得太小了，我们无法探测到它们。
  
 这不是我想说的。我说的是一个真正的第五维度，它和其他四个维度一样大，一样不弯曲。
  
 宇宙可能有第五个维度的想法是在意识到宇宙有四个维度之后产生的。1919年，就在爱因斯坦发表他的广义相对论四年后，一位名叫卡鲁扎的科学家提出了这个想法，并把他的论文寄给了爱因斯坦。卡鲁扎必须解释为什么第五维度可以在无形的情况下存在。
     
 毕竟，如果你和我同意在宇宙的任何地方见面，我只需要给你三个数字（如纬度、经度和高度）和时间。我不需要把我们的会面地点定在第五维的某个地方。
  
 卡鲁扎对我们为什么看不见第五维的解释是一个叫做圆柱度的假设。想法很简单：我们看不到第五维度，因为在第五维度中一切都是一样的。它就像一个长方形的面包。如果你想要的只是一片，在哪里切都无所谓。总是一样的。
  
 每个人都认为这不是一个明智的想法，这就是为什么一个叫克莱因的科学家后来说，不，维度是不一样的，它只是卷得很小。后来，弦理论学家运用现在被称为卡鲁扎-克莱因理论来描述他们的万物理论。
  
 但是，假设卡鲁扎是对的呢？假设宇宙有第五维，所有东西都是一样的，但如果不是完全一样呢？
     
 基本观点是宇宙有第五个维度，但我们通常无法探测到这个维度，不是因为所有东西都完全相同，而是因为，当我们测量任何东西时，我们只能感知到一个平均值或随机值。
     
 让我们看一个类比：想象一个密封的气体盒子。气体箱处于平衡状态，所以它的状态不随时间改变。当我们把气压计或温度计放进盒子时，它的读数总是相同的，例如，1大气压和20摄氏度。然而，盒子里所有单独的气体分子都在不停地运动。所以它是随着时间变化的，但我们无法察觉这种变化，因为我们太大了，我们只能测量永不变化的平均值。
  
 在量子力学中也是如此。我们的宇宙不仅在时间上改变，而且在第五维上改变。
  
 不像时间，熵总是增加，在第五维，熵本质上是常数。恒定的熵使运动在那个维度不可见。我可以用下面的例子来说明这一点：
     
 假设我们想要建造一个可以测量第五维度变化的时钟。这只钟从不准时地走。相反，它只是被设计用来改变另一个维度，我将称之为量子维度。
  
  
 所有时钟的工作都是基于某一做功的过程，即势能转化为动能的过程，例如下落的岩石或水、旋转的行星、释放的弹簧或衰变的放射性原子。似乎我们可以通过一些类似的变换来确定量子维数的变化。
  
 在那个维度中引入了一些类似于动能的东西，它是量子物理学中使整个过程有效的必要组成部分。因此，我们可以建立一个基于我们准备的量子场的时钟，并准备根据它在这种动能形式下的变化来测量。
     
 现在，时钟依赖于另一个原理，那就是熵增。这是一个更加微妙的问题，但是，为了记录时间的流逝，我们至少需要知道两个时间点，一个过去的时间点，一个现在的时间点。为了做到这一点，时钟必须做有用的工作，这需要某种能量流和熵的增加。这提供了时钟的方向性，用来区分过去和现在。没有它，所有的瞬间，过去和未来，本质上是一样的。
  
 这就是时钟在量子维度上不工作的原因。在任何一个给定的点上，去掉一个滴答的可能性和加上一个滴答的可能性是一样的，所以你最终得到的滴答的数量将是随机的，平均来说，是零。
  
 另一种考虑第五维度的方法是，它像时间一样运动，因为我们在它上面移动（不像空间，我们可以通过加速自由移动），但它没有箭头，不像时间。时间之箭让我们得以感知它。没有箭头，没有过去，没有未来，只有现在。
     
 解决这个问题的一种方法可能是一起观察我们在量子维度和时间中的流动，并创造一个在时间中改变的混合时钟。我们能区分量子维度和时间的变化吗?也许如此。
     
 目前，我们意识到这个维度的唯一方式是在量子测量中，感知到总是在那个维度中发生的个体波动。这些不是平均值，而是对随机性的测量。
  
 这有点像观察布朗运动，观察气体和液体中微小物体的振动。布朗运动通常是我们看不见的，除非我们在显微镜下看非常小的物体。然后，它通过振动变得可见，比如，花粉不断受到周围液体分子的轰击。
  
 因此，通过观察量子效应的行为，如单个粒子的光或电子，我们可以意识到这个维度，但我们不能直接通过它感知我们的流动。
     
 你可以用布朗运动做一种时钟。简单地把一块花粉放在一个点上，然后记录你把它放在哪里。随着时间的推移，它会遵循所谓的随机运动。平均而言，它所移动的距离与所经过时间的平方根成正比。当液体处于平衡状态时，你可以观察并记录它。我们能在量子力学中做同样的事情吗?
  
 透过第五维的透镜，量子物理学不再神秘或怪异。量子物理的所有奇怪的效应，比如它可以是多个物体，然后在被观察时突然变成一个物体，以及它的非局域性质，都可以被解释为第五维的经典运动。
  
 因此，卡鲁扎可能一直是对的，但在他没有把他的发现与量子物理学联系起来这一点上是错的。相反，他的理论是经典极限的量子版本的理论。
     
 有更多的理由去支持卡鲁扎的想法，因为，如果将第五维与爱因斯坦的时空广义相对论结合起来，就会得到一个理论，其中五个维的广义相对论等于四个维和电磁的广义相对论，这意味着说电磁是第五维的引力。
  
 如果你像卡鲁扎那样做一个严格的圆柱度假设，你就得到了这两个力，但是，如果你稍微放宽它，你也可以证明物质本身只是在第五维时空曲率的变化。这意味着没有实际的物质，只有时空几何。
  
 保罗·韦森是这个想法的主要支持者，直到他去世。基本的想法是，如果我们假设是五维，我们不需要物质。我们只需要真空中的爱因斯坦理论。(这个理论并不能解释很多量子现象，比如测量力，所以它是不完整的。)
  
 韦森的方法是严格的经典，而我的是一个完全的量子理论(尽管不是万能理论)。因此，它解释了第五维不仅是电磁和物质，而且是量子物理和所有我们在那个理论中观察到的奇怪现象。
  
 第五个维度是真的还是假的，取决于我们在观察它的时候是否能脱离标准理论。例如，其中一个区别可能是，观察过程的不同表现取决于它们是在一个维度中流动还是实际上是随机的。这种思想叫做遍历性。
  
 遍历性是一个很有趣的术语，它指的是在一段时间内平均一个物理过程和在其构型空间上平均一个物理过程的等价性，比如说，一盒气体中的一组分子的所有可能排列的空间。一盒分子可以说是遍历的，因为在无限长的时间内，每种可能的构型都会达到。
     
 如果一个系统的构型在无限长的时间内都无法达到，我们就说它是非遍历的。如果量子理论是一个五维的流，那么任何非遍历量子系统都将不同于标准量子理论，因为标准量子理论是基于一个配置空间的平均。
  
 另一种可能是，即使所有的物质和力都是遍历的，有些可能没有所谓的热力学极限，也就是说，他们的标准量子理论根本不存在。这可能是重力的情况。在这种情况下，引力理论可能存在，而它的标准量子理论则不存在。斯蒂芬·霍金在他的黑洞热力学理论中遇到了这个问题。黑洞的热力学极限在标准统计理论中不存在，但它确实以时间流的形式存在。
  
 在任何情况下，如果我们在第五维度运动但没有意识到它，这并不一定意味着我们不能通过它影响我们的运动。例如，爱因斯坦证明，我们可以通过加速或靠近强引力物体（如中子星或黑洞）来改变我们的运动。我们可能无法及时做出180度大转弯，但我们可以在一定程度上影响它。这第五个维度可能是相似的，在这种情况下，发现它并学习如何操作它可以打开一个科学和工程的广泛的可能性，这是四维根本不能提供的。

5. 量子的微观世界

量子时代已经到来，它影响着当下，也将影响未来。谁掌握了量子技术，谁就掌握了人类的未来。量子物理学不仅推动了现代 社会 物质文明的高度发展，而且深刻地影响着人类对宇宙万物的看法。量子物理将重新解答“世界是什么”这个灵魂之问。
  
  在经典物理学时代，人们笃信“种瓜得瓜种豆得豆”的因果律。1814年，法国数学家拉普拉斯说：“我们可以把宇宙现在的状态视为其过去的果以及未来的因。如果一个智者能知道某一刻所有自然运动的力和所有自然构成的物件的位置，假如他也能够对这些数据进行分析，那宇宙里最大的物体到最小的粒子的运动都会包含在一条简单公式中。对于这智者来说没有事物会是含糊的，而未来只会像过去般出现在他面前。”这样的机械决定论，让人类充满了盲目自信。但是，神奇的微观量子世界，并不遵循宏观世界的因果律。
  
  微观量子世界，是一个自由的世界， 历史 事件并不必然影响未来事件。自由意志的踪迹，似乎出没在这里。自由意志是生命最本质的特征。目前为止，量子力学虽不能确证自由意志，但要深入 探索 自由意志的本质，最终离不开量子力学。
  
  微观量子世界，是一个充满不确定性的世界。一个粒子的位置和动量，你不可能同时准确地知道。位置测量越精确，则动量越模糊；动量测量越精确，则位置越模糊。不确定性原理，锁住了上帝最后的秘密。人类智慧的进化，源于好奇心的驱使。正是因为自然奥秘的无限存在，才驱使人类的心灵 探索 不止。
  
  微观量子世界，是一切皆有可能的叠加世界。在测量之前，一个微观物体，处于“既是粒子又是波”“既是上旋又是下旋”“既在这里又在那里”等所有可能的叠加态。一旦测量，便瞬间坍缩为一种确定的状态。例如，一个电子的自旋，在未做观察之前，处于各种可能的叠加态，只有在做观察之后，才会坍缩为上旋或下旋的确定状态。也许，确定性给人安全感，不确定性给人恐惧感。但一切已经命定的世界令人绝望。一切皆可知，一切皆已知，后人便会陷入无所事事的荒诞状态，人的智慧便失去了存在的意义。
  
  19世纪末，以牛顿力学、电磁学、热力学为基石的经典物理学大厦，已经竣工封顶，内部装修基本结束，剩下的只是一些边角需要修修补补。当时的科学家以为，造物主的秘密已经被伟大的人类窥探无余。英国著名物理学家开尔文在世纪末的新年祝词中，信心满满地说：“物理大厦已经落成，所剩只是一些修饰工作。”可是面对这样的断论，新生代的科学家内心是绝望的，因为时代似乎不再需要物理学家了。
  
  量子物理学违反的是人类即有的直觉，我们需要突破思维边界，重新建立常识性认知，建立新的直觉。量子物理学打破了人类固有的逻辑，突破了人类认知的盲区，颠覆了人类的世界观和思维方式，迭代了人类既有的认知方式。
  
  量子物理学发现了太多的未知，使人类变得更为谦恭，对宇宙万物多了一分敬畏。量子物理学告诉人类，微观量子世界没有绝对真理，只有无限的未知。因此，我们要学会质疑、学会分析、学会整合，掌握独立思考的能力。

6. 这个鲜为人知的量子规则，解释了我们存在于这个宇宙的可能

 
   
   从宏观尺度到亚原子尺度，基本粒子的尺寸在确定复合结构的尺寸方面起着很小的作用。构建块是否真正是基本的和/或点状粒子仍然未知，但我们确实从大型宇宙尺度到微小的亚原子尺度理解宇宙。MAGDALENA KOWALSKA / CERN / ISOLDE团队
   看看地球上的一切。如果你要调查任何对象的构成，你可以将它细分为逐渐变小和变小的块。所有生物都是由细胞组成的，细胞又由一系列复杂的分子组成，这些分子本身是由原子缝合在一起的。原子本身可以进一步分解：原子核和电子。这些是地球上所有物质的组成部分，就此而言，是我们在宇宙中所知道的所有正常物质。
   它可能会让你想知道这是怎么发生的。由原子核和电子组成的原子如何产生不到100种，它们会产生分子，物体，生物以及我们发现的其他一切的巨大多样性？我们应该得到一个被低估的量子规则的答案：泡利除外原则。
   
   原子轨道处于基态（左上角），随着你向右然后向下进化，下一个最低能量状态。这些基本配置决定了原子如何表现和施加原子间力。 原子轨道上的维基百科页面
   当我们大多数人想到量子力学时，我们会在最小尺度上思考宇宙的奇异和违反直觉的特征。我们考虑海森堡的不确定性，以及不可能同时知道超出有限的相互精度的物理属性对（如位置和动量，能量和时间，或两个垂直方向上的角动量）这一事实。
   我们考虑物质的波粒特性，以及单个粒子（如电子或光子）的行为，就好像它们会干扰自身一样。我们经常考虑薛定谔的猫，以及量子系统如何同时存在多种可能结果的组合，只有当我们做出关键的，决定性的测量时才能减少到一个特定的结果。
   
   薛定谔的猫是一个思想实验，旨在说明量子力学的奇异和违反直觉的本质。量子系统可以处于多个状态的叠加，直到进行关键的测量/观察，此时只有一个可测量的结果。
   我们大多数人几乎没有再考虑泡利排除原理，该原则简单地说明在同一系统中没有两个相同的费米子可以占据相同的精确量子态。
   大不了吧？
   实际上，这不仅是一件大事; 这是最重要的。当Niels Bohr首先推出他的原子模型时，它很简单但非常有效。通过将电子视为围绕核运行的行星状实体，但仅在明确的能量水平上由直接的数学规则控制，他的模型再现了粗糙的物质结构。当电子在能级之间转换时，它们发射或吸收光子，这反过来描述了每个单独元素的光谱。
   
   当自由电子与氢原子核重新结合时，电子会向下级联能级，随着它们的发射发射光子。为了在早期宇宙中形成稳定的中性原子，它们必须达到基态而不产生潜在的电离紫外光子。原子的玻尔模型提供了能量水平的过程（或粗略或粗略）结构，但这已经不足以描述几十年前所见过的东西。 BRIGHTERORANGE＆ENOCH LAU / WIKIMDIA COMMONS
   如果不是保利排除原则，我们在宇宙中所遇到的问题就会以一种截然不同的方式表现出来。你看，电子是费米子的例子。每个电子基本上与宇宙中的每个其他电子相同，具有相同的电荷，质量，轻子数，轻子族数和内在角动量（或自旋）。
   如果没有泡利不相容原理，那么可以填充原子的地面（最低能量）状态的电子数量就没有限制。随着时间的推移，在足够凉爽的温度下，这就是宇宙中每一个电子最终会沉入的状态。最低能量轨道 - 每个原子中的1s轨道 - 将是唯一包含电子的轨道，它将包含每个原子固有的电子。
   
   这位艺术家的插图显示了一个绕原子核运行的电子，其中电子是一个基本粒子，但核可以分解成更小，更基本的成分。 NICOLLE RAGER FULLER，NSF
   当然，这不是我们宇宙的工作方式，这是一件非常好的事情。保利排除原则正是通过这个简单的规则阻止这种情况发生的原因：你不能将多个相同的费米子放在同一量子状态。
   当然，第一个电子可以滑入最低能量状态：1s轨道。然而，如果你拿第二个电子并试图将它放在那里，它就不能具有与前一个电子相同的量子数。电子，除了它们自身固有的量子特性（如质量，电荷，轻子数等）外，还具有特定于它们所处的束缚态的量子特性。当它们与原子核结合时，包括能级，角动量，磁量子数和自旋量子数。
   
   电子能量表示中性氧原子的最低可能能量构型。因为电子是费米子而不是玻色子，所以即使在任意低温下它们也不能全部存在于地（1s）状态。这是阻止任何两个费米子占据相同量子态的物理学，并且阻止大多数物体抵抗重力坍缩。 维基共享共享的CK-12基金会和ADRIGNOLA
   原子中能量最低的电子将占据最低（ n  = 1）能级，并且没有角动量（ l = 0），因此磁量子数也为0。然而，电子的旋转提供了第二种可能性。每个电子的自旋都是1/2，原子中能量最低（1s）的电子也是如此。
   当你添加第二个电子时，它可以具有相同的自旋但是朝向相反的方向，有效旋转为-½。这样，你可以将两个电子装入1s轨道。之后，它已经满了，你必须进入下一个能级（ n   = 2）才能开始添加第三个电子。2s轨道（其中  l   = 0）也可以容纳另外两个电子，然后你必须转到2p轨道，其中  l  = 1并且你可以有三个磁量子数：-1,0或+1并且每个都可以保持电子旋转+½或-½。
   
   每个轨道（红色），每个p轨道（黄色），d轨道（蓝色）和f轨道（绿色）每个只能包含两个电子：一个旋转，一个旋转。 LIBRETEXTS图书馆/ NSF /加州大学戴维斯分校
   泡利剔除原则 - 以及我们拥有宇宙中的量子数的事实 - 是每个原子都有自己独特的结构。当我们向原子中添加更多的电子时，我们必须达到更高的能量水平，更大的角动量，以及越来越复杂的轨道，以便为所有这些物质寻找家园。能量水平如下：
   
   能级和电子波函数对应于氢原子内的不同状态，尽管所有原子的配置极其相似。能量水平以普朗克常数的倍数量化，但轨道和原子的大小由基态能量和电子质量决定。额外的影响可能很微妙，但可以以可衡量的，可量化的方式改变能量水平。 维基共享共享的穷人
   在这个重要的量子规则下，元素周期表上的每个原子将具有与每个其他元素不同的电子配置。因为它是最外壳中电子的特性决定了它所属元素的物理和化学性质，所以每个原子都有自己独特的原子，离子和分子键，它能够形成。
   没有两个元素，无论多么相似，在它们形成的结构方面都是相同的。这就是为什么我们可以用几种简单的原料来形成多少种不同类型的分子和复杂结构的可能性的根源。我们添加的每个新电子必须具有与它之前的所有电子不同的量子数，这改变了原子将如何与其他一切相互作用。
   
   原子连接形成分子的方式，包括有机分子和生物过程，只有因为控制电子的泡利排除规则才有可能。珍妮莫塔尔
   最终结果是，当与任何其他原子结合形成化学或生物化合物时，每个单独的原子提供了无数的可能性。原子可以组合在一起的可能组合没有限制; 虽然某些配置肯定比其他配置更有利，但是自然界中存在各种能量条件，为形成即使是最聪明的人也难以想象的化合物铺平了道路。
   但是原子这种行为的唯一原因，就是我们可以通过组合它们来形成那么多奇妙的化合物，就是我们不能将任意数量的电子放入同一量子态。电子是费米子，而泡利未被充分认识的量子规则阻止任何两个相同的费米子具有相同的精确量子数。
   
   白矮星，中子星甚至奇怪的夸克星都仍然由费米子组成。泡利简并压力有助于阻止所有恒星残余物抵抗重力坍塌，防止形成黑洞。 CXC / M。魏斯
   如果我们没有Pauli排除原则来防止多个费米子具有相同的量子态，那么我们的宇宙将会非常不同。每个原子都具有与氢几乎相同的性质，使我们可能形成的结构非常简单。白矮星和中子星由于泡利排除原理所提供的简并压力而在我们的宇宙中被支撑，将会坍缩成黑洞。而且，最可怕的是，碳基有机化合物 - 我们所知道的所有生命的基石 - 对我们来说是不可能的。
   当我们想到控制现实的量子规则时，我们首先想到的是泡利排除原则，但它应该是。没有量子不确定性或波粒二象性，我们的宇宙会有所不同，但生命仍然存在。然而，如果没有泡利的重要规则，类似氢的债券就会变得如此复杂。
   

7. 关于量子世界的一些思考

罗素讲，哲学严格讲不是科学，只是给物理学找麻烦的。
  
 卞光曹:
  
 薛定谔的波函数，主要还是从能量守恒的角度建立起来的等式吧。是一种总体的描述。
  
 因果与轨迹同时再现的世界规律.  童年的经历,可以映射出后期的人生经历。有人小时候被人欺凌，后来就在生活中各种奇物的遭遇。与其说，是那时的遭遇，造成的影响，不如说是一种传递，一种后期生活中可能遇到的人物导致他的状态发生改变（即一种预感，我的长期预感能力）产生的一种个体状态变化后的与人互动状态--被欺负的表现。 
  
 《同构的世界》这本书被评价为先河之作，通过自然常数e，欧拉公式，推导思考这个世界，被称为“造先河之余
  
 《同构的世界》这本书，从能量信息两个维度，去论述一个层次，一个关注点的能量信息状态与相互作用。可以用来解释各种相互作用，如生物界异性的信息差异，人的差异，人的提升途径。从中得到了日常经验忽略的一些情况。如信息在各个层次的作用，能量与信息的关系，改变人自身能量信息状态的途径。通过对构成信号分析的基础，对数学的加减乘除基础进行思考，对e^(i*2pi)=-1这个所谓的上帝公式的理解和思考，得到许多很有意义的思想，一些思想是打坐练功时突然想到的。在一定的层次上观察，代表“无”的0是不存在的，其实是转到下一个层次了，下一个层次的能量信息状态，就可以回溯得到上一个层次的情况。1也不是存在的...，自然界的两性，阴阳等都是因为存在e=2.71828...这个一个层次上效率最高的元素个数，其进化就得到了传统文化或是现代文明中的各种常用数字，5，10，23...对生活中大家感到困惑的现象，如分分合合，人性，人的世界，人的提升，公司的经营，领导者的状态等，都给出一个完备自洽的解释。其中的知识点、思考点太多了，毕竟是作者从小到大一直爱思考，在各种零碎矛盾，或是高大上无操作性的解释里迷惘困惑的脱茧之作。找到一个由1+1=2推导出来的世界图景。是一个充满正能量的框架。“爱形而上是我的命运”，"it's the fate”。生下来就思考这些东西，自己的能量信息状态具有这方面的物质。这些人都曾经思考过或是现在还在偶而跳出来思考的关于人生，各种各种因缘巧合，关于自然，关于特异的一些存在，被作者用信号分析的理论串了起来。是严谨严密的一个体系。作者的从体系推导出来的这些思想（当然大部分是静下来时从深层次意识里跳出来的），用来解释世界，在网上没有见过类似的文章和书籍。
  
 卞光曹:
  
 《万象之源---自然数学的哲学原理》
  
       Explaining  of  Everything
  
        --the Philosophical  Principle  of  Natural  Mathematics
  
 1、本书基于同构（近世代数里的概念）的思想，用信息与能量两个维度，用包含了能量与信息的信号的波形，完备自洽、形象化、直观化地阐述自然、社会、人自身的能量信息特点，以及相互之间的作用。
  
 2、在不同层次上，看到的是不同的最省路径，人们选择不同的方式（不同层次的最省路径）去处理事情。
  
 3、在对事物的表达过程中，表达元素的个数和嵌套的层数是一对矛盾。而e=2.71828...是平衡这对矛盾的效率最高的表达元素个数。（论证见于东南大学的1992版的《计算机组成原理》）  由此，论述了0，1，2这些表达元素的特性，欧拉公式
  
 卞光曹:
  
 [图片]
  
 卞光曹:
  
 =-1的解释。在自然规律的描述中，数学公式里大量出现自然常数e，也因此思考最省路径的进化过程中，各种现象的产生原因。试图用自然常数e和进化的观点，解释各种现象的，思考各种人类已经建立的理解世界的模型。
  
 4、本书是作者自身的哲学素养，科学实证精神，求真务实的人生追求之作品。真话不全说，假话全不说。
  
 
  
  
 第一章　本书的基础框架 
  
 
  
  
 同构的认识论基础--世界的真相不清楚，我们只是在用各种同构的思想认识这个世界。
  
 表达世界的三种元素，能量、信息、物质。
  
 最省原则（最小作用量原理）在各个层次上的路径是不一样的。
  
 自然常数e=2.71828...的表达效率最高。两个维度（阴阳、二进制）的不断作用，就能实现效果最高的表达。自然界大量存在的二个维度表达。
  
 用能量、信息两个维度同构（表达）世界，是完备的。用信号波形（同时表达了能量和信息）来形象的说明世界万物的状态和相互作用。
  
 
  
  
 
  
  
 
  
  
 
  
  
 
  
  
 第二章　  人是个能量信息体
  
      人性，人的差异性，从能量信息这两个维度去解析。（更清晰，更简明）
  
 第三章　  企业和企业家
  
      公司管理，产品的好坏，品牌的能量信息解释。
  
 
  
  
 第四章　 社会群体现象
  
      钱，权、名这些的能量信息特征。社会群体的状态和各种相互作用。
  
 
  
  
 第五章　  由e进行演化推导的自然界一些规律的探索
  
  最纯粹严谨无歧义的数学体系，数学最基础的加减乘除等运算形式的意义，
  
 卞光曹:
  
 [图片]
  
 卞光曹:
  
 =-1被称为上帝公式，从这个公式中得到负数，虚数i这些人类创造物的关系。论证现实世界是不存在0、1的。解释量子力学中的一些现象，解释一些基础的现象，1+1不等于2的超光速的世界，中国传统文化中的预测术的解释，一些生活中特殊数字的来源，用基于e的演化来思考一切。
  
 
  
  
 
  
  
 
  
  
 
  
  
 第六章　 一些论述
  
     表达一些日常人们疑惑的，关注的事情的更本质，更一般的解释。用这个体系解释，一些疑惑就豁然开朗了。
  
 
  
  
 第七章　 说明
  
      作者努力的表白自己，是一个追求真理，崇尚科学精神的人。本书是几十年积累之作，是带有强烈人文关怀的作品。本书对自然规律的思考是纯粹和彻底的开放态度，反思自己可能存在的循环论证等问题。作者介绍：
  
 卞光曹:
  
 没有什么是客观存在的。这个世界的真相，我们只是在用同构的原理，用语言、数学、艺术手段去思考表达。
  
 
  
  
 关于人生，关于每个的生存状态和运行状态的各种思考，相互作用，可以理解为量子的体系。祖辈家族的能量与自己后天的禀赋，组成了人的能量系统。哈密顿量来描述的。
  
 人的内在是与宇宙运行规律一致的，所以都可以用e=2.71828...作为解析和运作的基础。天人相应，是人必然必须大的规律遵循这一点。
  
 家排体系，有的就是增加阳光的正能量，就可以了。
  
 所谓坚持的毅力，就是明确的目标加上一种正向的反馈。并不比别人的毅力更强。
  
 心理学操作，不能讲道理。道理他′都懂，要运用情感。
  
 
  
  
 因果与轨迹同时表现的人生规律是我首先提出来的。
  
 我的这本书，基于数学1+1=2的体系演化思考，用信号表达能量信息两个维度，将事物在各个层次都从能量信息这两个方面解析。不是思辨的那套东西！！！只能用严谨无歧义的数学啊。
  
 自然界的对称破缺，质量的获得，可以从哲学上理解了，才用数学推导出来；也有从数学上推导出来，从哲学上理解为宏观的类比的
  
 
  
  
 量子的微观世界，只能通过宏观的事物进行类比理解的啊。所以，必然是矛盾的。因为那是另一些形式的存在了，已经不是人类的眼睛见过的某种宏观的存在形式了。
  
 量子世界的存在，可以帮助我们理解人生。人活着就是认识人生，认识自己，认识世界。目的也是为了解除人的烦恼。所以各位可以实证一下，比如坐禅，冥想等。
  
 如果有数学的基础，看懂薛定谔方程的数学意义，想到那个方程，通过各种算子，从各个观测角度得到不同的结论，就会感觉更清晰了。 这里，大多人可能就是了解波粒二象性，了解纠缠，并在这基础上觉得神奇。也没关系，每个人的过往经历、认知的模型结构都不同。
  
 我双盘连着坐一个小时，没问题的。血液循环之外，还有所谓的经络的气血运行。
  
 人的意识内观深入进去，摒除各种杂念，浮现出来的东西，是我们要关注的。可能是提示世界和人生真相的东西。也许利用量子世界的体系，才能提供一种对意识的严谨的数学表达

8. 量子力学大揭密，带你走进量子力学的神秘世界建议先马再看！

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