王涛
如何理解量子力学?(5)测量微观世界
2025-10-23 20:10
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       在1900年前后,研究者开始意识到,物理学进入了一个新的世界,这个世界和我们已经熟悉的宏观世界有很大的区别。当然这两个世界是有关联的,以前没有理解的一些事情,比如离散的光谱,实际上是微观世界的特征,但是能够体现在宏观世界,或者放大到宏观尺度。

   从微观世界到宏观世界会发生什么,到现在我们依然不是都清楚,很多还是一个谜。

   但是我们的确可以做到,把宏观世界和微观世界联系在一起,可以利用宏观尺度的仪器来测量微观世界的一些变化过程和奇异行为。

   所以,从最粗糙的角度,对于微观世界的了解这个事情,我们可以分为三个部分:微观世界的量子现象,宏观世界的测量仪器,还有我们人类的观察者。    

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        在这里每一部分都很奇特。在前边我们通过两节课讨论了人类理解的一些局限,这一点似乎是一个很重要的事情,但是我们还不能完全确定。

    很多人会奇怪,测量一个微观世界,和测量一个宏观世界会有区别么?我们发现,的确是极其不一样的。(在一百多年前,这个事情让很多人都很震撼)在这里,就不能问为什么会这样?因为根本就没法回答。我认为,这个事情不仅物理学无法回答,所有的人类知识都是不能回答的。过去一百多年的发展,一个重要的事情就是,我们发现人类对于很多问题都没有答案。

    在宏观的世界里,物体的性质是确定的,用一个宏观的仪器去测量,会测量出一个确定的结果。只要测量的物体没有变,那么测量的结果也不会变。我们觉得,这似乎就是一个废话。

    在经典世界的测量中,是在一些宏观量之间建立一对一的关系。比如测量长度,我们有一把尺子,已经标记了具体的长度结果,然后测量物体的长度,就被直接的一对一的映射到了尺子的长度上。

    在这个过程中,测量的物体和测量的物理量都不会发生变化。

    宏观世界就是这样的。当然,我们可以在一个混乱的环境中来进行宏观测量,导致测量的结果不好。比如我坐着一个木马,或者在过山车上,来测量一个物体的长度,这可能让测量过程有些困难,甚至出错。但是我看到,测量的物体在哪里,测量的长度也在那里,都不会变。

    但是测量一个微观的世界,就很不一样。究竟是怎么不一样的,我会在后边来讨论。我们没有一个什么道理,来告诉我们微观世界究竟是什么样子的。只是当我们进入微观世界以后,我们发现,这个微观世界,的确可以和宏观世界联系在一起。我们的确可以用宏观仪器,来测量微观世界的一些性质和变化。

    整个过程都很神奇,这种神奇,可能是微观世界的(本体论的),可能是宏观仪器的(奇怪的过程),可能是观测者的(认识论的),但是我们不清楚究竟发生了什么。我们用这个宏观仪器,去测量微观世界的性质,发现了根本就不符合我们宏观经验的结果。

   

       

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