量子力学很神奇,这些年也总是会在各种场合被提起,不只是高大上的科学研讨,就连卖袜子的都说自己卖的是量子能量袜,这种乱套科学概念的商业行为也常常能唬住不少缺乏科学常识的人。所以,有空多了解些科学知识才能防止被骗。

量子力学基本原理总结(神奇的量子力学1)(1)

话说回来,什么是量子力学呢?一个由量子力学主宰的世界,到底是什么样的?下面,就带领大家开启一场量子世界之旅。在遨游神奇的量子世界之前,先来回顾一下经典世界,也就是我们日常生活的世界。在20世纪以前,我们对经典世界的认识主要来自于牛顿,他是人类历史上最著名的两大科学家之一。

量子力学基本原理总结(神奇的量子力学1)(2)

牛顿的早年生活相当悲惨。他出生在英国的一个小村庄,出生前3个月,爸爸就去世了。3岁那年,妈妈又改嫁了,牛顿被交给外婆抚养。直到他10岁那年继父也过世了,母亲才搬回来跟他同住。16岁那年,母亲让他辍学,好帮家里干农活。幸好中学校长特别爱才,专门跑到他家去游说,像他这么聪明的孩子,不读书实在太可惜了。再加上他的舅舅也表示会在经济上帮忙,牛顿才重返校园。我们应该感谢这位了不起的中学校长:要是没有他,牛顿可能要种一辈子地,也就没有后面那些伟大的科学成就了。

牛顿18岁那年考上了剑桥大学三一学院。这是全世界最有名的学院之一。而它之所以闻名世界、名动天下,原因也正是因为这里出了一个牛顿。

22岁,牛顿从剑桥大学毕业,那年英国爆发了一场大瘟疫,他就回到乡下家里避难。在避难的那两年,他做出了三项影响后世数百年的伟大发现,分别是微积分、光谱学和万有引力。牛顿之所以能创造这样的奇迹,一个很重要的原因就是他特别用功。比如,有一次他请朋友到家里吃饭,朋友来了以后,却发现牛顿正在书房里废寝忘食地做研究。朋友等了很久不见他出来,就自己吃掉了一只鸡,留下一堆骨头后离开了。牛顿从书房出来,看到盘中的骨头后恍然大悟道我还以为自己没有吃饭,原来早就吃过了”。说完,他又回书房钻研去了。

两年后,牛顿重返剑桥,而他接下来的人生也一直顺风顺水:29岁被选为英国皇家学会的院士,46岁当选为英国国会议员,56岁当上英国皇家造币厂的厂长,60岁成为英国皇家学会的院长。牛顿是历史上第一个被封为爵士的科学家,也是有史以来第一个享受国葬待遇的科学家。在他死后,一位诗人专门写了一首歌颂他的诗,诗里写道:“自然规律隐藏在黑暗之中。上帝说‘让牛顿去吧’,然后世界就有了光明。”

牛顿会获得如此高的声誉,就是因为他建立了一门全新的学科,叫经典力学,也叫牛顿力学。其核心是牛顿三定律和万有引力定律。

量子力学基本原理总结(神奇的量子力学1)(3)

牛顿第一定律说的是,如果没有外力,物体会一直保持它原有的运动状态。一个静止的物体,你要是不去推它,它就会一直不动;而一个在真空中运动的物体,你要是不去拦住它,它就不会停下来。在物理学上,我们把物体想要保持原有运动状态的特性叫作惯性,所以牛顿第一定律也叫惯性定律。

牛顿第二定律说的是,力能改变物体运动的速度。就是改变物体的运动状态就必须要给它施加力。一个静止的物体,你推它一下,它就会动起来;而一个运动的物体,受到阻力后,它就会慢慢停下来。还有一点很关键:质量越大的物体,要改变它的运动状态就得用更大的力。同样,越是质量大的物体,惯性就越大,改变起来也就越难。

牛顿第三定律是说,如果你对物体施加一个作用力,就会受到物体给你的一个大小相等、方向相反的反作用力。生活中各种反弹的现象就是反作用力在起作用,只要有力就有反作用力。

除了这三条运动定律,牛顿还发现了万有引力定律。它说的是,任何两个有质量的物体之间都存在着一种彼此吸引的力,其大小与两个物体质量的乘积成正比,而与两个物体间距离的平方成反比。这种力普遍存在于整个宇宙。空中的东西都会往下掉就是因为这种力,月球绕着地球转,太阳系跟着银河系转也都是因为这种力。这种无处不在的吸引力被称为万有引力。

这几条定律看上去都挺简单,很好理解。而它却能精确地描述我们宏观世界所有物体的运动。

这就是量子力学之前的经典物理世界,一切都是那么好理解,那么符合常识,当时的科学界也认为物理学快要走到尽头,有了牛顿力学就够了,但是很快,越来越多让他们无法理解、无法解释的物理现象出现,科学家们发现必须要有一些新的学说,才能解释这些现象。

,