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科普一些物理知识哟


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1楼2017-08-16 17:35
    1.为什么宇宙可以“超光速膨胀”?


    大爆炸/宇宙膨胀/超光速,这三个标签永远存在于宇宙吧十大话题之中,吧友们从未停止过对于它们的争论。有些反大爆炸理论的吧友的逻辑是这样的:宇宙年龄137亿年→可观测宇宙460亿光年→没有东西可以超光速→大爆炸理论不可能是真的。但是,事实上宇宙膨胀是可以超光速的……
    那么宇宙确实超光速膨胀吗?答案是肯定的。我们来做个简单的计算,哈勃常数的值在70公里每秒每百万秒差距左右,那么先撇开相对论的因素不谈,42亿秒差距(138亿光年)外的星系就相对于我们以超光速远离了!
    这个速度还不算什么,要知道在大爆炸之后的
    10^-35到10^-33秒之间的一瞬经历了所谓的大暴涨,宇宙从一个原子核大小膨胀到了太阳系大小。要知道即使是光,在这么短的时间内能走的距离还不到原子核直径的百亿分之一,当然接下来膨胀速率就放缓很多了……(图中纵向是空间跨度)


    那么我们遇到了第一个问题:如果一个星系向我们远离的速度大于光速,它的光怎么能传播到我们这里呢?我不提什么光速不变,钟慢尺缩,我就举一个简单而形象的例子:我们假设有一根**的橡皮筋,长1000米;有一只蜗牛,在橡皮筋的一段向另一端以每小时1米的速度爬。当它开始爬的时候,橡皮筋开始以每小时100米的速度无限拉长,问蜗牛是否能在有限长的时间里爬到另一端?
    直觉告诉我们,这特么爬个皮皮虾啊?橡皮筋拉长速度都是蜗牛速度一百倍了……然而事实恰恰相反,蜗牛是可以爬到另一端的。要知道,蜗牛已爬过的路程也是随着橡皮筋的拉长而拉长的,蜗牛爬过的橡皮筋的比例在不断增加,这个比例最后会达到1。当然了,并不是所有比例增加的数列都会在有限长的长度内总和达到1(比如0.5+0.25+0.125+……),但是这个蜗牛的例子里比例确实最后会等于1,数学证明贴在楼下。
    假设蜗牛爬过的橡皮筋的比例随时间t的函数是f(x),那么一个简单的一次微积方程就可以解决:(好久没写过中文了,请不要嫌弃我字丑,嫌弃的话……我就打死你
    嗨呀,虽然海枯石烂,两万多亿亿亿亿亿小时后蜗牛才爬到了另一端,但也是爬到了。现在,我们把蜗牛视作光,把这根橡皮筋视作该星系和我们之间的距离,就可以理解光从超光速远离我们的星系传播到我们这里了。当然,当前宇宙膨胀速度并没有光速的一百倍之多,所以时间跨度也没那么夸张。
    那么接下来遇到的一个问题是,宇宙膨胀超光速是否违背相对论?答案是否定的。我们熟知的具有静质量的物体不能达到光速是狭义相对论提到的,在广义相对论中爱因斯坦加了一条,观测者只能测量其邻域中的物理量。
    说到底,宇宙在大尺度上并不是一个闵氏时空(虽然局部上来看,空间像是静态平直的)。当前,暗能量接过了宇宙膨胀的交接棒,空间来不断地受到整体拉伸。简单来说,你不能说一个“超光速远离”你的星系相对于你在超光速运动,因为它不在你的邻域,不属于同一个参考系内。
    同时,对于观测者而言,在局部的惯性系中,经过其领域的有质量粒子无法达到光速。但是,空间本身的膨胀不受此限制,不以光速为上限。借用知乎上北大一个大佬的话说,光速=因果性传递速度的上限,但是宇宙膨胀不具有因果性传递。
    最后说些题外话,大爆炸模型依然是最广为接受与观测支持的宇宙模型。或许它还多有纰漏,甚至在将来还有可能被完全推翻。但是,你拿个什么“宇宙无法加速膨胀”来妄言大爆炸理论绝对是错的,也未免太幼稚了。说白了,这种程度的东西要是都能推翻大爆炸模型,难道前沿的科学工作者会想不到?


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    2楼2017-08-16 17:38
      讲讲这个物理学为何像是一条了解世界的直径吧。物理学与众多门科学发展至今,显示出一些“共性”这让我们感到安心,说明各门科学都向着一个接近真相的方向发展。同时我们应该期待它们“有所不同”因为只有发现这些不同科学才可以进步,让我们更接近“真相”。
      如果说物理学有什么兄弟科学,那么应当是化学。在许多意义上两门科学所追求的方向性是一致的。由于物理学得到许多突破性的卓越成就,化学上的一些新进展也慢慢呈现出它更倾向于物理理论所预测的结果。
      例如我们所知道的元素表,化学把每种元素都定义出一个名字、化学式。这事实上是一件非常麻烦的事情,想想学生时代要记住的哪个元素表,这可消耗了你不少的精力。门捷列夫大叔太早降世了吧!如果他老人家迟些出生那么就完全没必要发明哪个元素周期表吧。因为在哪之后物理学对物质的一个假说被证实了,那就是物质由原子所组成。而化学元素分子则是由原子所组成的。物理学发现不同元素事实上只是由不同质子(带正电荷)与电子(带负电荷)对数的原子所组成。例如“元素6”我们可以说它的原子有6个电子,元素表里它就是碳。那么元素名称完全可以用简单的1、2、3、4、5……这样的编号去代替。但由于此发现有些为时已晚,元素周期表已经被世人熟知,还使用习惯了。
      由于化学发展越来越趋向于验证物理理论,所以如今在化学分支学科中多了一门被称为“物理化学”的科目。它比较倾向于无机化学方面的研究。就是哪些远离生命体的化学研究,但是方法和记号多采用物理学的成果。


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      3楼2017-08-16 17:39
        看到这里或许你会得到一个错觉,那就是与有机化学关系密切的生物学已经和物理学分道扬镳了。其实没有这回事,举出一些陈旧的例子:
        生物学家用了物理理论去解释神经系统。他们说神经是细小的管道,管道壁是一层“膜”这膜上铺满了正离子,壁内吸入了负离子。(离子就是原子要么多了些电子,就是负离子,要么少了些电子,就是正离子)“受刺激”事实上只是离子的电压受到增强或减弱,然后一个接着一个穿透性的在离子中传递这种电压变化直至大脑得到这个信息。相反地,大脑也是通过这样的方式发出脉冲信号刺激肌肉让生物得以活动。
        还有,生物学利用量子论研究酶这种物质,在生物学里酶如何支配重要的三羧酸循环。其中三羧酸循环是如何释放能量和储存能量的可逆现象,这些解释都是物理化的。
        我们的霍金同志这样说过“我们不会用物理知识去预测生物的下一步举动,只是因为这样计算起来超级麻烦而已。”


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        4楼2017-08-16 17:40
          至于物理学与天文学的羁绊就不必细说了。对于历史悠久的天文学来说,物理学乃是个初出茅庐的小伙子。物理学受到太多太多关于天文学的启发了,在物理学诞生之初许多定律和规则都是沿用天文学所得的成果。
          关于物理学与其他科学的联系当然不止以上提及的那些,但是我们已经谈得够多的了,也显示出各种科学正朝着“大统一”的方向行进,而目前物理学处于一个领头羊的地位。这是个看起来相当乐观的情况,但是我们不能总报喜不报忧。虽然我们的科学发展已经有很多辉煌的成就,但仍然是很不完美的。下面就讲一个不可忽视的缺陷。
          有一门科学叫“地质学”就这个科目名字看起来似乎不会太高深难懂。但偏偏它是个非常棘手的科目,如果你知道它另一个名字或许你会对它另眼相看“地球科学”。科目中包含着一个棘手的,目前科学上未能提供较好理论描述的现象。不仅仅是物理学上对描述此现象没有好理论,而是所有科学里都没有。这个现象就是地质学里的湍流现象。“气象学”也属于地质学,这里所说的湍流就例如气象学中的空气运动现象那样,目前没有太好的方法去预测。
          所以大家得明白天气预报出错了哪是最正常不过的了。
          湍流现象在苍穹之***皆是,河流,飓风,泥石流,火山爆发……等等存在湍流现象。试想我们要如何描述瀑布?从高空落下的水我们是如何计算它是在哪一点从平整的流水变成一滴滴水珠的?
          如果从这个角度去看,我们的科学水平也太不值一提了。因为包括物理学在内也不能准确描述地球上最为寻常,普遍的现象。这样看起来物理学从古到今的大部分实验验证得到的都不会是绝对与理论准确相符的数据。许多物理理论的提出者都尽量在理论中规避湍流问题。我们的物理学理论突破了天际,却对天际之内毫无头绪……
          相信这些问题在日后的科学发展中会得到突破。
          以上的篇幅就是为大家交个底。我们要讲的物理学虽然有许多傲人的成果,多到一个人不可能完全掌握所有关于物理学的知识。但是也不见得它已经成长到接近完美的地步,对于许多领域它目前还是无能为力的。


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          5楼2017-08-16 17:40
            熟悉我的小伙伴们都知道,过去我曾讲过太多关于能量、时间这样的物理量。为了这个帖子能给大家一些“新鲜感”我决定接下来将讲一个在宇宙吧中少有人讨论的物理量,它容易被人们忽视,觉得它理所当然,没太多被探讨的价值。对它有一定认识的人也不太愿意提及它,因为它看似很实在,其实很虚幻。
            之前提及到一个叫希格斯粒子的东西,讲到如果我们发现足够证明它存在的证据那么物理学的许多理论都必须作出修改,甚至有许多经典会遭遗弃。
            就像牛顿建立起的“物理学王国”随着相对论被证明而土崩瓦解一样。那么相对论已经否定了牛顿一切的理论了吗?我看是未必。
            我们接下来要探讨的哪个物理量是——“质量”
            当我问起“什么是质量?”的时候,大家是不是就会欲言又止呢?这个问题没提出来大家是不是都觉得自己非常了解“质量”呢?
            在现实生活中我们测量物体质量的方法大概就是“称重”。通常我们通过一些测重仪器显示的读数而得知物体质量,例如我们把一袋白米放在测重仪器上,仪器显示读数1000g。那么我们就会说那袋白米的质量是1000g。这似乎没什么毛病。但是我想告诉大家的是,测重的仪器只有放在接近地球表面的位置这个方法才是可行的。这样看上去这个方法还挺局限的。
            试想你的测重仪器放在月球表面,那么1000g质量的白米放在测重仪器上,仪器的读数还是显示1000g吗?大概只会显示120g左右。所以我们日常用的测重仪器是求重量的,而不是质量。
            补充一下:
            如果你有两袋这样的白米,在地球上称它们一样重,在月球上称它们也一样重。只是测重仪器的读数(重量与质量之间的交换率)变了。所以我们还是能说重量与质量成正比关系的。
            质量事实上是牛顿为数不多没被Ban掉的理论。这个理论就藏在著名的牛顿第二定律里:
            F=ma
            当你把F=ma写成m=F/a时这个代表质量的m是什么就很直观了。当物体受到一个固定的外力合力时,物体的质量与物体受力后的加速度成反比关系。这也是唯一定义质量的公式。
            包括爱因斯坦写下的E=mc^2中的m也是这个m
            “质量”经过相对论的检验存活下来了,但是很快我们又得为它的将来所担忧起来。
            从开篇的镇楼图到现在,我们一直在提及这个叫“希格斯粒子”的东西,那么这个希格斯粒子到底是个什么东西?
            1964年出现了一批空前大胆的论文。有恩格勒特写的、布劳特写的、古拉尔尼克写的、哈根写的、克博写的以及希格斯写的。这些人工作地点各不相同,但是写出来的东西却联系紧密,最后希格斯写的那些论文在这一批论文中起到了主导作用,捡了个大便宜就由希格斯来整理这批论文,看看能弄出点什么来。
            结果诞生了一个叫希格斯机制的理论。这是个物理理论,但是这个理论中却没有“质量”这回事。
            希格斯粒子就是这个希格斯机制量子化的结果。打个比方:
            我们假设把我们赖以生存的大气层内空间比作不存在希格斯粒子,用一个乒乓球比作一个基本粒子,拴上一条绳子,然后拉动乒乓球,乒乓球很轻我们就当这个“很轻”是没有质量的状态。接下来我们把这个栓有绳子的乒乓球塞入麦芽糖之中,现在这些麦芽糖(类似糖浆的东西)我们就比作希格斯粒子。然后我们再拉动这个乒乓球,乒乓球就变得需要更大的力才能拉动。这个理论就是说乒乓球本来没有质量,是麦芽糖赋予乒乓球有质量的假象。
            由于我不确定大家是不是都知道什么是麦芽糖,所以下面还有一个类比的模拟情况:
            我们把觉得有质量的粒子比作大明星,而记者、狗仔队、狂热粉丝是希格斯粒子,而无质量粒子是普通人,瓜都不吃的群众。那么当大明星出现的时候这些记者、狗仔、铁粉就会一拥而上围住大明星;而大明星就会错步难行,这样有质量的假象就出来了,大明星就好像特别有质量。而不吃瓜群众爱到哪就到哪,没人理你。确实长久以来我们也确实忽略了那些无质量粒子,有一些证据它们确实存在,而我们很难找到它们,并且我们还不知道这类粒子的种类有多少。
            这就是说如果某天我们真找到了希格斯粒子,那么质量则变得不那么实在了。在一套全新的理论下的“类似质量的物理量”需要用新方法去估算,那么物理学现今这座大厦将遭到拆卸重建。


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            6楼2017-08-16 17:40
              这个系列帖以揭露一些反常识,反直觉的物理现象自居。作为系列帖的第二帖当然也会秉承这个有趣的习惯。
              我们既然谈了质量,还谈了重量,不妨就来一段与这些物理量相关的反常识物理现象。
              说到质量和重量最为大众所知的无非就是哪个传说中伽利略在比萨斜塔上丢两个大小不一的铁球,而两个铁球同时丢落又同时落地那个铺张,又吸引眼球的实验。
              哈哈,这个实验确实是个传说。或许文学家把这个实验美化了传颂至今。而这个实验的原型则是出自牛顿的。
              牛顿把一枚金币和一条羽毛放进一个圆柱形玻璃容器里。然后把容器里的空气抽出,让容器里保持真空状态。然后把这个容器翻来覆去,我们就看到硬币与羽毛的下落速度是一样的。
              我们今天也把这个实验改造一下看看能不能得到一个“新鲜”的效果:
              我们先把地球改造一下,我们知道地球大致成一个球状。现在我们让地球撕开来铺平,像古时某些人觉得“天圆地方”哪个效果,有一点不同就是陆地是无限向四面八方延伸的。然后我们交给伽利略一个铁球,而不是两个;另一个铁球我们把它替换掉了,用一把激光枪替换。伽利略就拿着一个铁球和一把激光枪登上了斜塔。
              我们嘱咐伽利略“你丢铁球下来的同时记得扣扳机发射激光,要让激光导弹平行于地面,知道吗?”伽利略竖起大拇指表示没问题。
              实验开始,伽利略在同一时间松开了手中的铁球,然后铁球向地面自由落体;也扣了激光枪的扳机发射出一道激光。
              实验结果,那道激光与铁球同时落地,只是它们击中地面的哪两个点之间的距离非常远。
              噢!我们看出来了,这个实验还与一个叫“引力”的概念有关。如无意外我们将在稍晚的时候将谈一谈“引力”这个概念。


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              7楼2017-08-16 17:40
                关于质量,在这里我想再花多一些笔墨去讲一讲。因为它实在是个有趣的存在。如果结合能量与速度而言它并不是一个我们直觉上的不变量。
                如果想了解一些关于能量和速度方面的概念我希望大家给我另一个帖子一些关注,在那个帖里我们谈到如何解读E=mc^2
                哪个帖子的前半部分墨迹了牛顿的平生,而在最后的部分则谈了一些关于E=mc^2的内容。下面是哪个帖子的链接:
                http://tieba.baidu.com/p/4464433450
                如果你已经对动能,弹性能,质能这样的能量有所了解,并且明白质量与能量等价的概念,那么你是否注意到橡皮筋、老鼠夹、健身器材之类的物体质量上有什么特别之处吗?
                例如我会说,掰开设置好捕鼠状态的老鼠夹质量大于没设置捕鼠状态的老鼠夹。这就挺违反我们生活中所得的常识。
                由于掰开后的老鼠夹比起没掰开的老鼠夹具备更多的能量,当老鼠夹触发捕鼠过程时空放测试一下大家就会听到啪的一声,这个声音就是明显的能量转移。老鼠夹储备的能量转移到空气当中激起震荡。
                我们通过质能等价的概念就可以推测掰开的老鼠夹质量大于没掰开的老鼠夹。
                也由于质量与重量成正比关系,我们要验证这种推测只需要分别去称量掰开的老鼠夹和没掰开的老鼠夹。不过我估计我们可能需要上万个这样的老鼠夹才能称出测重仪器上细微的读数差别。
                呵呵!你是不是已经知道了如何让自己在测重仪器上称出更轻体重的方法了?是的,你得称量时摆出电影《泰坦尼克号》女主角路西在船头甲板的经典姿势,那样称量能让你理论上测重仪器的读数看起来最轻。但是我不建议你这样做,因为哪个姿势实在太2了。哈哈。


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                8楼2017-08-16 17:41
                  此帖有毒!挖坑式地一直在挖自个跳的坑。老实说,关于谈论“Gravity”——引力,我实在是一万个不情愿。这明摆着就是一个宇宙中最为神秘的现象。即使《广义相对论》就躺在离您咫尺之内。
                  之前我们说过,物理学就像是一直猜这个世界是根据那些规则所演化的。一直以来在引力这个课题里我们只得到过两位天才的猜测是比较靠谱的。一位是——艾萨克·牛顿;另一位是——阿尔伯特·爱因斯坦。
                  牛顿给我们讲了个大概,给我们说明了引力看起来是个怎么的一个现象。他还留下了一个优雅的方程式供我们计算和预测引力现象:
                  F=GMm/r^2
                  这个方程式被我们称作“引力的平方反比率”。这名字起得可真够直观的,方程的内容就是在说两个存在质量的物体之间存在相互吸引的力,这个力会因为两个物体的远离而减弱,例如两个物体之间的距离是r它们相互之间的引力是1;那么当它们的距离变成2r时,它们相互之间的引力将是1/4;距离3r时就是1/9如此类推。
                  但是牛顿只告诉我们它“看”(测量)起来是这样,但是并没有告诉我们它是出于什么原因要这样。就例如你并不会下象棋,牛顿告诉你马行日。但是并没告诉你这规矩怎么定出来的。
                  事实上爱因斯坦也不知道这规矩怎么定出来的,但是他猜了如何定制规则的一些可能性。
                  爱因斯坦将F=GMm/r^2修改成:
                  Gμv=Rμv-(1/2gμv)R=(8πG/c^4)Tμv
                  这是融入了时空概念和广义相对论的修改,看上去与F=GMm/r^2已是面目全非了。在这个版本之前爱因斯坦在1915年写下过一个狭义相对论的版本,哪个版本还能看得出是“整过容”。
                  爱因斯坦猜的规则用文字写出来或许会比较容易理解,但是肯定没有方程能顾及的细节多。大概就是时空由于某种原因被质量所弯曲(事实上这个某种原因他猜不出来,我们也不怪责他,毕竟质量是个什么东西现在我们也不好说)令到划过时空的物质看起来改变了航道。
                  这就很有意思了,有意思的地方是爱因斯坦在这个理论上用的是牛顿第一定律。但是隐藏得很深,就像一个常识一样众人皆知,没什么必要特意写进方程去说明这个事实。
                  ∑Fi=0→dv/dt=0
                  这是牛顿第一定律,是说:所有物体保持匀速直线运动,直至外力令它改变这个状态。
                  爱因斯坦也觉得所有物体都保持匀速直线运动,如果质量没弯曲时空,那么看似受到“引力”的物体仍然匀速走直线,加速度也是时空弯曲所造成的。时空不是空间,还包括时间,而组成速度的其中一个量就是时间,所以物体有了加速的假象,(所以爱因斯坦的引力场方程中没怎么提速度,μv这些符号是张量)或者说速度本来就是个假象。引力在这个理论里也成了假象。而被质量弯曲的时空中原本的直线变成了一条“测地线”。
                  我觉得有必要说一说测地线,由于吧内太多有误导可能的测地线图片了,一般就是画了一条线延伸过一个球体旁被弯曲了。这另到许多小伙伴觉得测地线就是只像那条图中所画的线那样。
                  事实上测地线在一个有质量物体附近有着无限条,并且非常“混乱”。
                  例如牛顿把手中的苹果向高处一抛,在稍过短暂的时间后苹果又落回牛顿的手中,苹果从离开牛顿手中再回到牛顿手中划过的时空轨迹就是一条测地线。如果没有质量弯曲了时空,那么苹果划过的轨迹将是一条直线。爱因斯坦引力场方程正是想给我们表达这个意思。


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                  9楼2017-08-16 17:41
                    “双缝干涉实验”固然能勾起大部分人对量子力学的兴趣,但是这并不是我们需要量子力学的初衷。
                    1896年 威廉·伦琴 发现了X射线。同年的几个月后 亨利·贝克勒尔 发现了“铀射线”。
                    本来亨利是想弄出点X射线来研究研究,他用的放射源是铀化合物,结果他发现铀化合物自发地放出射线能使不透光的裹在厚厚的纸里的底片变黑。(这个年头可能有些年轻人并不知道“底片”是什么,毕竟柯达都倒了,不知道的年轻人可以百度一下)自发就是说我们都没对它干什么去改变它的状态,它就放出射线来了。
                    1900年,卢瑟福 指出了一个问题,在我们直觉之中如果在相同时间里形成的一批原子是不是应当它们的寿命是一样的呢?如果组成它们的成分是一样的那么应当它们的寿命是一样的,即使有差别也不会太大。然而我们得到的结果却是原子的寿命其实是可以从零到无穷大的任意值。
                    这个问题便是我们需要量子力学解决的最初的问题。这个现象在量子力学未出现时也有一些理论去描述,哪些理论就出自大家在吧里经常看到的那几个量子力学先驱。
                    普朗克、爱因斯坦引入的光子构想,麦克斯韦证明光表现得像波,卢瑟福引导波尔假设出的原子模型。
                    这个问题大家可以理解成:为什么物体会自发地释放“物质”(射线)?如果因为原子的衰变而释放出射线(一些物质)那么为什么不是整个物体的所有原子同时衰变?
                    还有就是波尔的原子模型非常好用但是当时没有任何理论支持哪个模型的状态与现实相符。稍后我们会针对波尔哪个原子模型作一个介绍。因为要说明白什么是“量子”这是必要的。


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                    10楼2017-08-16 17:42
                      上面提到的这个问题困扰了科学家们许多年。直到1911年才有了一个突破性的进展。
                      那年卢瑟福使用氦原子核放射出的α粒子(α读作“阿尔法”)轰击一片超级薄的金板。这个实验预计是α粒子会穿透金板,就像一枚炮弹轰在一张薄纸上一样,这个实验只是缩小了炮弹还有让纸变得更加薄而已。实验结果出来后有些出乎意料之外,8000个α粒子中有一个没有像预期哪样穿过金板,而是直线被弹了回来。
                      卢瑟福马上计算这个α粒子是如何被弹回来的,因为他正是期待着这个不寻常的现象发生。
                      通过计算卢瑟福得出了一个结论,哪就是只能假定原子是由中心非常小的核和围绕它的电子组成,才能解释这个实验结果。因为8000个α粒子一起轰击金板,只有一个α粒子击中了金属板的原子中的原子核被弹了回来,而原子核几乎包括了整个原子的全部质量才有能力把α粒子弹回来。8000个α粒子才有一个α粒子能击中原子核,可想这个原子核是有多么的小。而其他7999个α粒子或许什么也没穿过,或许它们部分穿过了电子,但是电子没能阻止它们,就这样穿过了金板,而金板却完好无损。
                      我们可以看看卢瑟福计算所得的结果上显示的一些数据,以氢元素这个最简单的元素为例,它的原子核由单个质子组成,半径约1.75×10^-15米。如果你不熟悉这个表达我用另一种方式写出来就是0.00000000000000175米,也就是1米的1750万亿分之一。而电子则是一点,我也不懂怎么形容它有多小了,只能说是一点。电子与氢核的距离大约是氢核半径的100000倍。如果你想象把一个原子核放大到网球这样大,那么电子仍然比一粒尘埃要小,而且电子距离网球有1公里那么远。
                      核中有一个正电荷,电子有一个负电荷,就是说它们是相互吸引的(电磁学的异性相吸)“有点像”地球围绕太阳转哪样。
                      也就是说原子内部基本上是空的。


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                      11楼2017-08-16 17:42
                        卢瑟福的实验与实验数据启发了 玻尔 。当时玻尔特别迷原子,他就根据卢瑟福的实验所得假设出了一个氢原子模型,还用平面几何画了出来,就像此层的配图。(当然这个很丑的图是我画的,是手画的,诚意满满)
                        玻尔没有把这个模型扩展到氢原子以外的原子,但是他引入了可以用到其他原子的思想。
                        当时有个令人头痛的现象困扰着普朗克,哪就是当原子被加热时发出光的秘密。不同原子会发出不同颜色的光。
                        玻尔就是把光谱学数据融入到他哪原子模型中。首先他说电子只能围绕原子核的一定的轨道运行,能级最低的轨道最靠近核心。然后说电子能够在这些轨道之间跃迁。(跃迁就是在同一时间里从这里消失;又从哪里出现)当电子吸收能量后跃迁到更高的轨道,经过一段时间之后又跳落回原本的轨道,在这个过程中发出光。光的颜色直接由两个轨道的能量之差确定。配图里的箭头代表一个电子从第三能级跳回到第二能级,同时发出光线。
                        为什么我们要说这个原子模型?事实上这个世界上没人见过一粒孤立的原子是怎样的,通过玻尔原子模型中的思想我们甚至可以说我们谁都没看到过这个世界上的物质都长什么样,因为我们所看到的只是不同颜色的光。或许有人会说摸摸哪些物质不就知道了吗?如果你本来就懂得电磁学应该明白我们从来都没有真正碰到过任何已知事物,我们的触觉就像生物学家说的那样是电压信号,而我们碰不到已知事物是因为电磁学上说的那样异性相吸,同性相斥。组成我们的原子内部围绕着带负电荷的电子,我们的电子与这个世界上的其它已知物质的电子都带负电荷,由于同性相斥所以电子与电子之间从未贴近过,要是说某人跳楼轻生,那么将他致死的并不是坚硬的地板,而是同性电荷的斥力。


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                        12楼2017-08-16 17:42
                          玻尔的原子模型是一个假设,这个假设是可以计算猜测的结果的。而当这些结果与理论数据和实验数据相符时,我们可以说玻尔哪个原子模型是个成功的假设。事实上这个假设也从未失手,总能猜测出与理论数据和实验数据吻合的数据。
                          那么我们可不可以说玻尔假设的原子模型就是一个真实的原子模型呢?
                          不能,因为这个假设出来的模型仍然有许多未解之谜。例如为什么电子被禁止螺旋向内移动?
                          其实玻尔的原子模型与现实世界中的一个事物非常相像,哪就是无线电发射机。早在1887年 赫兹 就已经发明了无线电发射机,在卢瑟福发现原子核之前世界上就已经有了商业广播电台,也就是说无线电波已经非常的成熟。这种轨道电荷理论显然没什么错,可是这些轨道上的电荷是会失去能量的,而原子里的电子为何在最近原子核的轨道上就不再失去能量?
                          关于这个问题至今都没有什么解释,因为我们接受了 海森堡 的建议。
                          海森堡的建议就是不必解释。我们还没讲到“海森堡不确定性原理”我们在讲的是海森堡给量子力学的最有建设性的建议。
                          海森堡在1925年发表了一篇文章,文章提倡我们不要去管哪些不解之谜。因为哪些所谓的不解之谜是自己给自己找来的麻烦。由于我们普遍存在了一个直觉上的误区所导致了这些麻烦。
                          这个误区就是我们用旧有的理论去处理“新发现”旧有的理论一直处理飞机、大炮这些“大”事物从未失算,我们就觉得旧有理论对于新发现的非常细小的事物也适用,例如我们在讨论的原子内部,如果用旧有理论去描述原子内部只会得到这些不解之谜,我们需要新的方法。新的眼光去看待这些一直存在着的“新发现”。
                          说到这里我就想起了一个小典故,牛顿曾有一辆精致的模型车。某天他的某位朋友在牛顿的府邸里看到了那辆精致的模型车就问牛顿这辆模型车是不是牛顿制作的。牛顿或许在思考别的事情就作出了一个敷衍的作答,但是哪个回答还真是十分有深度,牛顿说“为什么它是被制作出来的?它不能是本来就这样吗?”
                          海森堡的文章大概就是这个意思:没有为什么电子在最低能级(最靠近原子核的轨道)不再失去能量(动能)而引至电子螺旋式地坠入原子核,因为它本来就是这样。事实上这个最低能级的轨道距离原子核的尺度也是个观测史上前所未有的微观尺度,那么它有什么新奇表现不足为奇。同样这种观念不是特指原子模型,而是给出了量子力学的重要指导思想。


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                          13楼2017-08-16 17:43
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                            关于这个问题最能说事的莫过于“创刊号”中所提及的“双缝干涉实验”了。这是个简单的实验,简单到我们在自己房间就能复制这个实验。(许多人做了这个实验得不到想要的干涉条纹哪是因为房间中还存在设置光源之外的光,窗帘关了就好,问题不大)
                            如果哪些极度细小的物质(例如光子)是颗粒,那么根据牛顿第一定律绝对得不到干涉条纹,我们只会看到两道穿过两个缝隙映在模板上的两道光,要得出干涉条纹那么这些极度细小的物质只能像“波”就像水波一样。我从百度图片盗来几想图供大家参考一下。当这些极度细小的物质落在模板上又表现得像颗粒,如果我们的模板是用底片做成这一点很明显。
                            物质的这种特性被我们称为“波粒二象性”然而我们对于有这种特性的孤立的一个单位称作“量子”。事实上量子是个简称全称叫“量子包”。“包”就是“波包”的意思。


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                            14楼2017-08-16 17:43
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                              之前我们说过如果氢原子核扩大到网球那么大,那么电子比一颗尘埃还要小。这种说法完全没有问题,因为确实如此。但是当我们问起这个电子到底有多小?这就是个没有准确答案的问题了。例如偶尔在吧里会碰到“夸克大还是电子大?”这种问题。
                              三个夸克组成的质子与一个电子相互作用拉扯着;三个夸克组成的质子放大到网球大找,电子比尘埃还小。这要定义谁更大,似乎是个悖论!
                              根据海森堡的建议我们的量子力学确实得到了巨大进展,而海森堡所说的全新角度去定义粒子这个定义就是没有定义粒子究竟有多小这种区别大与小的概念的。
                              但是海森堡的方法里确实有种类似的定义粒子大小规则。那就是“海森堡不确定性原理”
                              ΔxΔp~h
                              这里面x代表粒子的位置,p代表粒子的动量(p=mv动量等于质量与速度的乘积),Δ代表不确定性,~是约等于,h是普朗克常数。
                              吧里许多人都误以为“海森堡不确定性原理”是在说粒子动量的不确定性,也就是粒子的质量与速度不确定。因为大家都知道粒子这种极微小的小家伙我们需要光去测量它(事实上我们目前的科技来说测量所有东西都只能通过电磁方法,这是我们唯一掌握的成熟理论与技术,我们人类的感知也是电磁作用,除此之外我们一无所知。)
                              回到玻尔哪个原子模型上,电子会跳到更高的能级是因为吸收了能量,一般来说就是被阳光照射了,而过了一些时间(这个时间很短暂几乎是瞬间)电子就会释放出能量(光线或者讲成光子)跳回到原本的能级,所以我们看到了颜色,这就是一个电磁作用。
                              那么我们用光测量粒子时我们需要利用光的波性,当光波传播到粒子上光得波长越短我们越能确定粒子在哪里,但是由于这个过程等于用光子击入粒子中,这样会增加粒子的能量,而能量与动量是有关系的,所以越是用波长短的光测定粒子的位置那么粒子本身的动量就越不确定,反之我们用波长越长的光去测量粒子的动量时粒子的位置越不确定。
                              这里要纠正的错误观点是:不确定性原理,不确定的不是粒子的质量和速度;而是粒子的质量、速度、位置都不确定。
                              不过这些不确定有个普,就是它们的乘积大约等于普朗克常数。所有能被我们叫作“量子”的粒子都是这样。这确实是个了不起的定义。


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                              15楼2017-08-16 17:43
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                                在普朗克就任柏林理论物理学教授前,这个职位还有两个人选,一位是玻尔兹曼,另一位是赫兹不过另外两人都拒绝了。当时这三人都是科学界里的泰斗级人马。
                                至于普朗克常数怎么写出来的嘛是要归咎于“黑体问题”。
                                黑体是科学家们假设出来的理想物,它的定义是完全吸收辐射,又重新发出辐射的物体,目前现实世界中没找到这样的东西。
                                普朗克发现只有假定发出光的能量是由大量较小的能量包组成,才可以解释黑体的光谱(爱因斯坦的光量子假说功不可没)普朗克称这种小能量包作“作用量子”其实这跟爱因斯坦的“光量子”概念上是差不多的。
                                E=hc/λ
                                这个式子就是普朗克写出来的“作用量子”其中h是普朗克常数,c是光速,λ是光的波长。这也与一些物体受热后发出不同颜色的光的实验数据吻合。也就是说如果我们不去追究普朗克哪个非常深奥的推导过程也可以通过实验根据这个式子测得普朗克常数的值。事实上普朗克常数也确实是根据实验数据修改到今天我们认为已经很准确的值。
                                h=6.6260695729×10^-34千克·米^2/秒
                                这是个非常小的值,如果你们需要看另一个写法我只愿意写一次。
                                h=0.0000000000000000000000000000000066260695729千克·米^2/秒


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                                16楼2017-08-16 17:43
                                  双缝干涉实验不止供给我们更直观地看到波粒二象性。薛定谔还通过研究这个实验写出了薛定谔方程:
                                  iℏ(∂/∂t)Ψ=HΨ
                                  其中i是虚数符号,ℏ是普朗克常量,为h/2π所得(前面说了h是普朗克常数)这个H是哈密顿算符H上面应该有个^这样的尖组成的。(手机确实有挺多符号打不出来)∂是偏微分符号,Ψ读作普西代表波函数,薛定谔方程是描述波函数如何随着时间变化的方程。我不打算详细讲解这个方程,但是可以提一提关于这个方程的趣事。
                                  方程能正确描述出干涉条纹,并且能预测出粒子落在各个位置的概率。但是薛定谔交出的论文去解释这个薛定谔方程的内容却是错误的。非常搞笑,就在薛定谔交出论文后的4天玻恩交出了这个方程的正确解释。这里要提一下玻恩,因为我发现许多人把玻恩和玻尔搞乱了,他们是两个不同的人。玻恩是一个从事量子理论工作最老的物理学家之一,这个“老”不单是说他的工作资历老,并且他年龄也老。
                                  在1926年薛定谔写出这个方程的时候,玻恩已经是44岁“高龄”了。为什么说是高龄呢?因为当时投身于量子理论的关键人物都是一些年轻人。海森堡24岁,泡利23岁,狄拉克23岁等等,即使是年纪比较大的薛定谔也才39岁。所以量子力学在当时有个别名叫“男孩物理”
                                  很多人搞混玻恩与玻尔的缘故在于玻尔与爱因斯坦那场关于“量子纠缠”的论战这件事上。
                                  爱因斯坦说“上帝不掷骰子。”
                                  玻尔则回应“爱因斯坦,别再对上帝说教了。”
                                  最后是玻尔对了,但是是玻尔证明自己支持的理论对了吗?当然不是,为什么叫论战,用词庸俗点就是互喷。他们两谁也没能说服对方。这个时候裁判员就站出来了,裁判员就是玻恩,玻恩想了一个办法分辨出谁对谁错,这个办法说服了全世界。(以后有机会再说这个办法了,这里主要是想大家区分开谁是玻尔,谁是玻恩)
                                  由于玻恩是老行尊,哪个时候后辈们都想得到他对自己理论的认同与支持。海森堡就特别在意这个事,海森堡得知玻恩暗中支持了薛定谔生气到写信给自己朋友,说薛定谔哪篇有错误论点的论文是垃圾。
                                  这是有文物为证的,可见当时海森堡最大的竞争对手就是薛定谔。


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                                  17楼2017-08-16 17:44
                                    海森堡有自己的一套量子理论,在今天看来海森堡的理论最接近现在我们如今所指的“量子力学”当然海森堡的理论也是集百家之长总结出来的,而海森堡有个有趣的绰号,他被誉为“物理学中的魔术师”。大家都知道魔术师是干什么的,魔术师主要的工作就是要让人“看不懂”。所以海森堡那套量子理论也是让人“看不懂”的。当然,不是说所有人都看不懂,行内人还是能看懂的,比如说 理查德·费曼 。
                                    费曼看得懂就是说许多人也会看懂,因为费曼除了是物理学家、数学家之外他还是一位教育家。费曼不仅完善了海森堡的量子理论,而且还改进了方法,让量子力学更简单易懂,他需要这样做,因为它还要去讲课呢。
                                    所以接下来我们就会介绍费曼的方法,而不是魔术师的。




                                    我们先来讲一讲费曼觉得“双缝干涉实验”是怎么的一回事。
                                    在我们认为“粒子”其实不是粒子,他只是个暂定名。他更像波,就像水波那样,只是这个波到达模板时这个波就会变成一个粒子哪样击中模板的某个位置上。这也是薛定谔所主张的。
                                    在我们还没有把双缝干涉实验升级之前大家都觉得是这样的。但是后来双缝干涉实验升级到2.0版本“单电子双缝干涉实验”时情况就变得微妙起来了。
                                    这次升级主要是设备升级,我们不再使用蜡烛,手电之类的日常随处可见的光源设备,而是搞来了精密仪器。这个精密仪器可以制造出一个接一个的电子射出,而不是一团光子同时射出。我们就看着一粒接着一粒电子落在模板上,最终得出了干涉条纹。这是一个奇观,因为我们所使用的精密仪器可以确定它射出的是一粒接一粒的电子,而不是一堆光子组成的光束。如果一个电子只是从两条缝的其中之一条缝中通过,那么根据牛顿第一定律我们不可能在最终得到干涉条纹。结论就是这个电子是“同时穿过两条缝”的,并且自己与自己干涉了。
                                    这个现象就与费曼的理解比较接近了。费曼认为一个粒子应该同时位于很多地方,这里的“很多”是指该粒子同时位于它可能存在的所有地方。我们不应该想象这个粒子分成两个在穿过双缝时它同时存在于双缝中的某两个点,而是穿过双缝时它同时存在于双缝中每一个点,甚至双缝之外也能找到它,这就像是“分身术”分出无限个分身。所以它可以自己干涉了自己。
                                    这个概念影响非常深远,我可以告诉你这就是“多重宇宙论”的根基。费曼有一个少为人知,同时也非常深奥的方程叫“费曼宇宙历史求和”
                                    A~sum(e^I*S[G]/h)
                                    它的含义大概就是粒子会同时位于很多个地方,随着时间的流逝粒子所在的很多地方会划过很多轨迹,这些轨迹就是粒子的历史,同一个粒子有很多不同的历史,那么由这些粒子组成的宇宙也会有很多不同历史的宇宙。
                                    不扯太远,在此层只想告诉大家粒子是有类似“分身术”这样的特性的,就在它落在模板之后我们才能确定它在落在模板上的哪个瞬间它在哪里,虽然我们不知道它时采取了一条怎样的路径最后落在了模板某个位置,但是我们可以计算出它更愿意选择哪些路径,计算结果是一些概率,而我们所能观测的现象吻合于我们计算的概率。
                                    稍晚我会在此帖教大家如何去计算,是的你没看错,我要教大家怎么去算。在吧里你有没有看过一个帖子会教你去算粒子位于各个位置的概率的?如果没有我觉得你应该把这个帖子收藏了吧?


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                                    18楼2017-08-16 17:44
                                      首先要给大家讲一个技术性的用词叫作“相”。
                                      这个术语最早用于天文学,再讲细一点就是最开始只用于人类对月亮的观测,用来形容不同时间观测到月亮的样子是怎样的。
                                      大家可以看看此层的配图一,图中画了月亮的几个“相位”,统称月相,当然月亮不止这4个相位,很久很久以前人类就区分出8个不同的月相。
                                      我们应该把注意力放在哪些带箭头的圆圈哪里,这种像“时钟”的圆圈才是我们要用到的“相位”,它是不存在的,它是我们思维中产生的一些代表月球相位的符号,也可以写下来用作记录。因为记录确实需要一些方便的符号,例如要记录新月就可以画一个指针指向12点钟的时钟,这样就不用画一幅看上去就是新月的画,非常方便。
                                      现在我们要把这样的时钟符号用于表达粒子的状态,这是个抽象的概念,因为时钟并不代表粒子,只是用作波的某个点的描述。大家可以先看看配图二。
                                      相位是很基本的抽象概念,我们可以用指向12点钟的时钟(这里的指向12点钟是箭头的方向,与时间无关)代表波峰;用指向6点钟的时钟代表波谷。当然根据波的每一点都能画出一个这样的时钟,有的指向3点,有的指向4点、5点等等,就是说真要在一个波中每点都画一个时钟,我们可以画出无限个。我们先熟悉相位在波中的用法,因为这至关重要。


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                                      19楼2017-08-16 17:44
                                        我们继续前面提到“相”这个概念,说说它能用来干什么。
                                        例如我们通过相能更直观地描述出波是如何叠加的。我们说两个波长相等的波相遇时当波峰与波谷刚好叠加在一起将会互相抵消。大家可以看一下此层的配图一,这正是一个波峰遇上波谷的情况,通过代表相位的哪些时钟我们发现一个波与另一个波叠加的时钟指针,指向正好互为相反,这也是为什么波被抵消掉的原因。
                                        回看双缝干涉实验,干涉条纹之间没有明显光线(粒子)到达的区域正是这种相互抵消了的波。这里有一个值得我们注意的线索,许多年前投身量子理论的科学家们也是注意到了这个情况,也就是说这些波与波干涉后抵消了的区域几乎没有粒子存在。关于“粒子在哪里”这件事情上我们开始找到了一些头绪。
                                        既然说了波的叠加,我们不妨再继续讲讲其它情况下波是如何叠加的,毕竟现实世界中净是相同波长的波在干涉就太奇怪了,就让我们刚刚发现的线索先待一会儿。
                                        事实上我们只要知道相同波长的波相叠加时(干涉)一个波的波峰遇到另一个波的波谷,那么就会相互抵消,这是很简单的,根本用不上相位去帮助理解,相位在这种情况下有些多此一举了。但是除此情况之外呢?例如不是正好波峰遇上波谷的情况会怎样?大家请看此层的配图二,这正是此等情况。(第一个波叠加第二个波得出第三个波)在这些“其它情况”
                                        当中,相位就显得十分有用了,因为这些情况我们基本不能一眼就看出干涉后的结果,需要一定程度的计算。
                                        一直有看我帖的老朋友或许知道怎样得出这个结果,我曾在别的帖子讲过所有假设出来的箭头(这里指时钟里的指针)都可看作是“矢量”,我还介绍过矢量叠加的古老规则。哪就是把箭头首尾相连,然后从这串箭头的末端用一个新的箭头连接到这串箭头的首部,那么这个新箭头就是叠加后的矢量,在这里也就是我们得到了一个叠加后的时钟指针、叠加后的相位。
                                        如果不太明白可以看一看此层的配图三。
                                        图三由两个矢量长度设定为1的时钟叠加后得出矢量长度为√2的时钟(√2约等于1.414)这是通过毕达哥拉斯定理就可以简单得出的,当然这是个简单的情况,指针指向1:30方向也是意料之内。
                                        补充:如果不是简单的情况计算指针长度的规则是指针长度乘以指针与12点方向夹角的余弦值。如果你觉得三角学有点麻烦你可以忽视这个补充。


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                                        20楼2017-08-16 17:45
                                          我觉得这一层大家可能需要一些专注才能读了,最好选择专门阅读的时间进行阅读,不适合工作闲暇,上厕所,无聊时分等时间阅读。
                                          上面我们说了玻恩提出发现粒子概率的规则与我们假设的时钟指针长度有关,但是我们并没有说明关于时钟指针长短变化的一些规则,还有就是为什么这些时钟指针会有长短之分。
                                          我们假设在一个确定的位置存在一个粒子,那么用一个时钟去表示这个粒子,时钟的指针长度为1。就是说在这个位置我们能100%找到这个粒子。
                                          事实上这个只是假设,由于不确定性原理是粒子的特性,所以这是个非常理想的假设,现实世界中几乎不存在这种理想状态。
                                          我们只能说在一定范围内的某点能有概率找到这个粒子。而这个“一定范围”不能用一个单一时钟表示,而是要用一群时钟,就像我们之前提到过的“场”。
                                          一开始粒子确实存在于宇宙中的一个特定的点(这是个瞬间现象,如果我们能够定格时间,它确实是100%存在于这个点。)但是随着时间流逝它将跃迁到宇宙中任何一个点。
                                          这不是太好理解,例如我把脚趾头放入一个平静的湖面中,湖中就会泛起水波随着时间的流逝向外扩散。这点它挺像水波,不同在于水波扩散可以得到一个波向外扩散的速度,而粒子跃迁却没有这种速度,时间只要一流逝假设它出现的范围能用波去表示,那么这个波是瞬间填充满整个宇宙的。
                                          也由于我们不知道如何定格时间,所以即使设置一个粒子的起始状态也不会是一个特定的点,而是一个它可能存在的范围,当然这个范围可以非常小,但绝不是一个点。就是这样的一个小范围也可以画出无限个时钟,只是这些时钟在这个起始范围里画出很多,还是很少这只是关系到一个精确度的问题。(设置得越多的时钟计算结果越精确,事实上如今我们把这些计算都交给计算机了)
                                          作为例子我是把这些代表粒子存在于起始范围内的时钟群画得尽量少,少到只有三个,大家可以看看比层配图。三个时钟代表在0.2个单位范围内100%找到粒子。(这里的0.2个单位只是一个范围,你可以用任何数值去代替,我建议理解成0.2个普朗克常量那么大的范围)
                                          也就是说三个时钟的指针长度叠加起来是1,因为在这个范围内100%能找到这个粒子。但是现在分成3个时钟,那么这样的时钟的指针又是多长呢?
                                          规则很简单,如果你本来数学就很好不需要看到这里,在上一层就已经发现如何计算这些小时钟的指针长度了。那就是如果你要在粒子初始范围内计算代表它的时钟群的每个时钟指针长度,只需要按设置的时钟总数的平方根进行收缩这个代表100%存在的大时钟尺度。
                                          例如你设置了4个时钟组成这个粒子起始状态的时钟群,那么每个时钟的指针长度必须收缩√4倍,也就是4个时钟的指针长度均为1/2。我们套用玻恩的规则后就得出(1/2)^2=25%那么4个加起来就是100%没毛病。
                                          这个时钟群只是粒子的起始状态,意思就是说如果我们在某一时间能设置它在一个范围内,再这个时间上它可以看作这样的状态。(关于如何设置哪是非常技术性的,请来实验物理学家可能也很难给大家解释清楚)也就是说它只有一个瞬间是这样的,那么如果过一阵子我们上哪里找这个粒子呢?
                                          答案是在宇宙里,无论哪个点找都能找到,不过这是个概率事件。就像我们之前臆想的那个按概率抓粒子的机器那样。
                                          那么如何得出在我们选定的某一点抓住这个粒子的概率呢?大家期待的内容要来了。
                                          规则如下,建议多读几次直至理解:
                                          在一个将来的时间t,一个时钟与原来的时钟的距离为x,该时钟的指针绕逆时针方向转动的量与x^2成比例;转动的量也与粒子的质量m成比例,与时间t成反比。
                                          是的,我们假设的时钟转起来了,直到这里才体验出相位的真正方便性。如果上面这段文字表达的转动规则读起来有点烧脑下面我给出它的符号形式:
                                          mx^2/t
                                          此层配图正是画了,由3个时钟组成的粒子起始时钟群,在起始时间稍后的一个时间,距离起始范围10个单位的点x找到粒子的概率。当然我们应该想象这是一个三维画面,但是很难画。这个图其实只是类似于粒子在一维线上跃迁,但是三维中的情况用一维去表达已经足够了。
                                          我们要想象每个时钟在一维线上一边向x点移动,指针一边向逆时针方向转圈。并且在移动过程中时钟会收缩(例如0.2个单位有3个时钟,扩散到半径10个单位远的范围就已经需要很多的时钟了,因为我们图画的是类似于一维的情况,三维将会多出许多个时钟,把按照三维式的扩散到x点的这个范围,按起始状态的范围比例增加时钟,这个范围内所有时钟总数的平方根就是起始状态时钟指针长度要收缩的倍数。也就是说在x点的时钟指针已经短到可以忽视的程度了,但它仍然存在一个概率。)
                                          假设我们这个粒子移动一个单位距离时钟逆时针转一圈(不同的粒子有不同的转动量)那么表示粒子起始状态的3个时钟到了x点后得到的指针指向将类似于配图二。
                                          套上之前的规则10个单位时钟就要转100圈,因为规则是要转动单位距离的平方那么多圈10^2=100。这只是对于配图一的时钟1来说是这样,时钟1到达x点完整转了100圈,而时钟2和时钟3呢?它们离x点要比时钟1要远一些,也就是说它们到达x点要比时钟1多转一点。比如说时钟3,距离x点有10.2个单位远那么它应该要转动104.04圈。所以最终到达x点的3个时钟事实上它们的指针指向不一,我们之前说过没指向12点钟方向的指针只是一个指向12点钟指针的投影,但是它和哪个指向12点钟的时钟波高相等。
                                          也就是说在这种情况下到达x点没指向12点钟的时钟指针长度要按之前说的“波高”在时针长度上再打点折扣了。
                                          然后我们可以叠加哪些到达x点的时钟得出在x点找到粒子的概率。



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                                          22楼2017-08-16 17:45
                                            读到这里是否勾起了你哪天马行空的想象力呢?试想,是不是不停挥掌,只要挥掌的次数足够多,就会隔空给某人一记耳光呢?
                                            在现实世界中你也没亲身经历过此种体验,那么是量子规则错了吗?
                                            此层的目的就是为了叫停大家哪妙趣横生的臆想,回到一个熟悉而残酷的现实。
                                            回看55层的配图,我们说当时钟群跃迁到x点,如果用一个时钟去表示,那么这个时钟指针已经非常短了,也意味着在x点找到粒子的概率极小。另外如果我们更加细心为起始的时钟群画上更多的时钟,而不是像55层配图哪样马虎了事,那么有一个细节应该被我们所察觉。
                                            那就是如果我们要为起始时钟群设置更多的时钟提高精确度,那么在时钟1与时钟2的中间我们可以加入一个时钟,不难看出这个新增时钟到达x点它将转动101个整圈,这好像只是增加了最终到达x点时钟指针的长度而已;但是如果我们在时钟1到新增时钟中间再加一个时钟那情况就有别于以往了。因为这次新增的时钟到达x点转动了100.5圈,这意味着这次增加的起始时钟的指针是指向6点钟方向的。
                                            也就是说时钟1和2之间1/4与3/4的地方;时钟2和3之间1/4与3/4的地方要设置的时钟都是指向6点钟方向的。
                                            增加到9个时钟所代表的起始时钟群有5个指向12点钟方向;4个指向6点钟方向。
                                            将这些时钟叠加起来到达x点的时钟指针将比先前我们预计的还要短更多,因为起始时钟群在叠加的过程中大部分都被抵消了,例如这里我们设置的9个时钟抵消后只剩下1个指向12点方向的时钟。这也意味着在x点找到粒子的概率将更小,小到我们只能说找到它的概率不是0而已。
                                            牛津大学一位教授,詹姆斯宾尼为这个现象命名“量子干涉的狂欢”名字起得挺2的。所以因为这种大规模的量子干涉我们熟悉的事物才不太会从我们眼前消失又在宇宙中的某处出现。
                                            那么这样的量子规则是不是显得有些多余呢?并不多余,我们应该考虑如果x点没那么远的情况会是怎样的,我意思是如果x点距离时钟3,连1个单位长度都不够,意味着起始时钟群到达x点哪些时钟指针连一个整圈都转不到,呵呵!大家用这个规则算一下便明白,这正是“海森堡不确定性原理”
                                            虽然量子干涉的狂欢把大部分指针给抵消了,我们仍然得到一个概率让粒子在某些我们难以察觉的瞬间出现在宇宙中的其他地方,下面不如就针对这个去说一说。
                                            我是个宅,对二次元产物有着浓厚的兴趣。曾经追逐过一本在“电击文库”上连载的轻小说《魔法禁书目录》,这本轻小说也在多年前已经得到动画化。作者廉池和马曾写下一个给读者们颇具嘲讽的小桥段,动画化后这个小桥段有些小改动,出现在第一季13集。小萌老师为恩蒂克丝讲解什么是“超能力”,原文小萌老师的“科普”对象是她的学生上条当麻。
                                            小萌老师拿着一个小盒子,在当麻面前把一粒巧克力放进盒子,关上。问当麻“盒子里面有什么?”当麻说,当然是巧克力啊。小萌老师就说“超能力者可能会说,不知道,因为这是属于他们的现实”
                                            这一段被广大读者吐槽,分分表示懵逼了,看不懂。事实上作者是嘲讽读者们知道得太少了就不要追究什么鬼超能力了。
                                            今天在这里我就给大家说明白这个桥段究竟在讲什么。
                                            我们要把小萌老师的道具换一下,这样使得数据不会太夸张。把小盒子换成火柴盒,而巧克力换成一粒沙子,这粒沙子1微克,就是1千克的一百万分之一。
                                            我们通过上面的方法我们可以算出沙子要自发地从火柴盒中消失,大约需要10^21秒。这大约是6×10^13年,这是宇宙目前年龄的1000倍。因此这种沙子自发跳出火柴盒的事在我们身边都没发生过。
                                            量子力学是奇怪,但是并没有奇怪到让一粒沙子在没有外界帮助下就跳出一个火柴盒外面。


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                                            23楼2017-08-16 17:46
                                              当我们了解了这么多之后,我们去看看人们是怎样从量子理论中得到弦论的启发的。顺便我们也一并解释玻尔的原子模型,电子为何不会螺旋式路径坠入核中。
                                              现在我们应该把注意力放在一些生活中可见的事物当中,例如……游泳池,或者你哪心爱的吉他。
                                              当有人跳进泳池,池中的水就会激起水波;当你用弦拨弹起吉他,吉他弦就会震动,而吉他弦震动时的样子就像我们前面所提到的正弦波。
                                              我们称这样的波叫作“驻波”,因为这些波是被锁在一定空间里的,不会无止境地扩散开来。泳池水波被困在泳池当中,吉他弦震动所发出的声波波长也取决于,弦枕与你的手指压在指板的哪个位置。
                                              我们再回头看看玻尔的原子模型,如果原子就像一个泳池,或者像一把吉他,它锁住了电子,而我们又把电子量子化(就是我们可以从波的角度去看待电子)。那么电子其实跟困在泳池中的水波很像。然后根据前面我们所总结的,我们会在波峰之处会有大概率找到电子。那么电子轨道这回事就不太难理解了。
                                              而一个基本粒子可以看作波,较为可视化地形象一些它就像震动的吉他弦,这就是从量子理论到弦理论的一个启发性思想。弦是震动的,并且被锁住,哪就是弦概括性的形象。


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                                              24楼2017-08-16 17:46