这篇文章介绍了量子和粒子物理学在解释宇宙中万物的本质上所起到的重要作用。作者深入浅出地讲解了量子力学和粒子物理学的基础知识,并且通过具体例子解释了这些理论是如何解释我们周围的世界的。文章内容既深刻又有趣,是一篇值得一读的科普文章。
量子和粒子物理学何以解释一切读后感篇一
一个世纪以前,我们认为自己找到了宇宙的终极答案,物理学走到了尽头。但量子力学教我们保持谦逊,一切才刚刚开始。
量子力学违背我们的常识,就像几百年前的人难以理解地球是圆的,背面的人不会掉下去一样。但没关系,顶尖科学家知道的量子知识也多不了多少。
我们仰望星空,我们探寻真理,无论宇宙是黑暗森林,还是美好未来,科学都将是一个文明延续最有力的保障。
量子和粒子物理学何以解释一切读后感篇二
说实在的没太看懂,前半本还能理解,后半本不知道是断断续续还是不够专注的原因,觉得云里雾里。但不影响好书的评价!
作者以一种极简且直观的描述解释了一个个实验及现象,如果不够了解本质的话是没办法说的这么通俗的。
正如哥本哈根诠释说,粒子可以处于叠加态,意味着任何与之相互作用的五一也可以处于叠加态。
而只有被观测到才会使叠加态坍缩成本征态,所以无论如何也测量不到一只既死又活的薛定谔的猫!这是对哥本哈根诠释“叠加态”的攻击
爱因斯坦月亮是对哥本哈根诠释“测量”的攻击,如果所有人都不观察月亮,月亮的波函数就是叠加态,同时处于各地与各种状态,这又合乎逻辑吗?
虽然看起来有诸多荒谬,但谁能确切说就一定是错的?可能只是层次和维度的不同呢
量子和粒子物理学何以解释一切读后感篇三
不知怀着怎样的自信打开一本物理科普读物,只能说感谢作者幽默风趣的语言让这么庞大又复杂的知识体系变得如此引人入胜。
物理科学的研究有时和哲学玄学的理论相重合,怀着对宇宙的好奇心和对真理的向往,无数的科学家大开脑洞的猜想并想办法自圆其说,然后用一生甚至几代人的努力去证明或推翻,曾经坚信不疑的知识大厦在某个新的理论诞生时轰然倒塌,正像是人类的认知生命一样不断的探索,被推翻,再重建,再被推翻…如此的循环进而形成更加逼近于真实的认知世界,感谢科学家们的努力让我们更接近真相。
量子纠缠是如何超越光速去沟通的呢?薛定谔的猫是死了还是活的呢?哥本哈根诠释说在你没有打开盒子的时候它既是死的又是活的,只有你打开的那一刻它的叠加态坍缩成本征态所以只有一种状态(观察者可见的状态),如果这么说当你不看月亮的时候月亮是存在还是不存在的呢?被观察者本身怎么知道什么时候被观察进而坍缩的呢?于是产生了另一种多世界诠释,当你做出一种选择时世界就会一分为二,在另一个平行世界里有一个相同的你做出了另一种选择,那平行世界的我是真实存在的吗如何去证明呢?
太有趣了,所以才会有“遇事不决,量子力学,解释不通,平行时空”的段子,不过如果没有这么多大胆的猜想,就没有没有那么多有趣的实验,没有无数科学家激烈争论又互相补充的理论证明,没有对夸克、中微子、玻色子等一系列神秘粒子和场的发现,真相本身似乎就是人类求索的指引方向,路漫漫其修远兮…
量子和粒子物理学何以解释一切读后感篇四
在量子力学中,你永远不会做出简单的解释,因为简单的解释永远行不通。
量子力学是团队努力的结果。普朗克是经理,爱因斯坦是队长,玻尔是守门员,德布罗意、玻恩、索末菲和泡利是中场,然后海森堡和薛定谔是前锋,施特恩和格拉赫是后卫。嗯,他们还有吉祥物一只猫。
学到了几个值得多想想的概念:相对、守恒、测不准、多世界诠释叠加态。
- 相对:前进和后退,向左和向右
- 守恒:动量不会凭空产生和消失
- 测不准:事情的发生基于概率
- 多世界诠释叠加态:粒子存在不同的世界,拥有不同的身份,叠加的属性是叠加的现实
知道了许多有趣故事。
- 一个段子,不要把笛卡尔放在马前面,不然马就会消失掉。
- 海森堡对现实物理一无所知,有人问过他简单电池的工作原理,他答不上来。而当他在凌晨三点计算出一个结果时,兴奋得睡不着觉,走到小岛的最南端,攀上海岸岩石,等待太阳升起。
- 有关薛定谔的猫,还有另一个实验,就是把科学家也关在盒子里(笑,结果会是什么样。
夸克(kwork)这个名字来源于加州海鸥的叫声。
量子和粒子物理学何以解释一切读后感篇五
好像在当代,如果不了解一些量子力学的内容就有点out了。那么量子力学的内容是什么?它能和我们的生活有什么关系?我们除了能用它装装b,还能用它来做些什么呢?
写到这,我想以“量子力学在日常生活的应用”为主题,写出一篇论文来,我觉得一定是很有趣,又很实用的。这个任务还是留给科班出身的人吧,我这个门外汉就不班门弄斧了。
这本书给我最大的收获是解决了“是什么”的启蒙问题,对量子领域的一些概念做了通俗易通的解读。换个说法就是用文科生的方式来讲理科生的科目,我觉得这是一件很有意思的事。写到这,我想到孔子的因材施教和有教无类,我认为所有人天生都有对某一方面特殊的灵性,或者说悟性。它不同于特长 天赋 兴趣,这个悟性和灵性是天赋 特长 兴趣的先决条件。所以,如果一个对文科敏感,对理科麻木的人来说,用文科的方式去讲理科的内容真的是一个非常友好的方式。
这本书非常适合用来启蒙量子物理学,他很耐心的把量子物理学的基础概念,用通俗的人话讲给我。而且量子物理学,是理科中很少能用“史”来记载的,他的发展线索是一条时间线的,很多关键的概念都在这条线上而且是递进的,所以说理科生也应该要学习“量子物理史”。
这本书我读完两个多月了,让我讲讲有什么感受,我实在讲不出什么来。就像是数学课上老师给我讲了二元一次方程,问我有什么感悟和体会的状态。整本书都是在介绍概念,比如:薛定谔方程 麦克韦斯方程 波粒二象性 电子 质子 中子 夸克 普朗克······尽管作者已经用非常通俗的话给我来解释它们,但是我很惭愧,还是无法理解。
我脑子里稍微有了一点量子意识,有了一个简单的量子世界的模型,大概知道了一些它们之间的规律和现象。就算是更认识了这个世界一点吧,对我的世界观有了一些改变。其实,给我思想更大的改变的,是另一本书《元素周期表和以解释一切》,下一本再聊吧。
量子和粒子物理学何以解释一切读后感篇六
首先想先讲讲我这个文科生是何以有勇气凭着一己之力翻开这本连书名都看起来不太好读的书的,其实这也是我翻完整本书后,反过来想要给还没读过此书的朋友们推荐另一本“入门”读物的原因。
大概就在半个月前我读中国科幻最高奖“银河奖”获得者七月写的一本科幻小说《小镇奇谈》,这本书唤起了中学时代就一直潜藏在我内心的对未知和科学的双重敬意,而小说基于的底层逻辑就是量子理论。起初的时候当我看到双缝干涉试验时都一脸懵逼,因为物理于我而言还是初高中时的记忆,此后二十多年再无涉及,可是越是往下看却也越为自己的理解力感到惊讶,什么波粒二象性、以太假说、黑体辐射量子潮汐、波函数的坍塌……放在故事的语境里居然都不那么难懂,——而好奇心果然是学习的第一动力。所以,这本小说大概扮演了梁静茹的角色,给了我以勇气去了解更多关于量子物理的知识。
实话说,《量子和粒子物理学何以解释一切》的作者虽然竭力用幽默的比喻和穿插各种趣闻以让本书读起来没那么枯燥,但是无论如何,涉及的专业知识实在太多,所以我坦白的讲只有读了个大概的轮廓,前2/3还能勉强跟着节奏大致理解作者想要传达的知识,后面的1/3部分的每个字我都认识,但是组合在一起却读了个寂寞。
可是即便如此,我依然要大大的推荐大家去翻一翻这本书,也大可不必为知识的匮乏感到羞耻,反正正如作者所言,科学家本身也身陷于不断犯错不断纠错的过程里,况且单就量子力学而言,其实科学家自己也有太多的疑惑未解,而就整个人类的知识容量而言,很可能根本就是冰山只掀开了一角,所以怕什么呢。我们一样都有站在未知的视角,也都拥有好奇的资格。
从某种角度上来说是一部历史书,一部关于人类科学家且行且探索量子物理科学的编年史。但是一旦讲到每位科学家所作出的杰出贡献时,你会发现量子物理学简直就是打开魔法世界的一道大门,推开它,所有你曾经以为真理的东西也会被粒子风暴逐个击穿,随之掉入说空非空,说真非真的奇幻世界。底层逻辑的颠覆,因果关系的瓦解,时间可以扭曲,空间可以平行,光既是粒子又是波,盒子里的猫既活着又死了……恰如理查德·费曼所言,即使最疯狂的头脑也无法理解如此怪诞的事情,到头来你会反问自己,科学幻想都是真的吗?人类的命运是不是早就已经被注定?
量子力学仿佛是一门玄学,但它确确实实是门科学,这个世界上最聪明的大脑们乐此不疲地研究着没有确定结果的事情,这也许就是它最要命的吸引力了。
量子和粒子物理学何以解释一切读后感篇七
“科学”这个词是相对于“玄学”而言的。经常有人说:“遇事不决,量子力学;解释不通,平行时空。”这其实是一种戏谑的态度:当你面对一件奇怪而矛盾的事情,就说它是量子力学。仿佛量子力学是一门玄学,研究没有确定结果的事情。
玄学与科学的主要区别在于:玄学的功能是预测,而科学的功能是解释(托马斯·库恩说:“科学即解谜。”)。量子力学更符合后者。《量子和粒子物理学何以解释一切》是一本关于量子力学的书。这也是一本关于解释的书,它解释了为什么量子力学是一门科学。
我认为,一种学问要成为一门科学,需要具备三个条件,分别是逻辑、数学和实用。以“万有引力定律”为例,地球上的物体会落在地球表面,月亮在椭圆轨道上绕地球旋转,最合乎逻辑的解释是引力。而且引力的大小与质量成正比、与距离的平方成反比,这些事实可以通过严密的数学推导计算出来。牛顿那个时代的人就已经做到了。后来的物理学家计算了万有引力常数,测量了重力加速度,推导出人类离开地球的方法——这些方法是行之有效的,现代航空航天的发展证明了这一点。所以我们可以确定地说,万有引力定律是一种科学的理论。
但量子力学似乎不一样。量子力学充满了矛盾:光既是粒子又是波,盒子里的猫活着又死了。正如理查德·费曼所言,即使最疯狂的头脑也无法理解如此怪诞的事情。
我认为,量子力学只是反直觉,而不是反逻辑。如果我们了解量子力学的发展脉络,就会明白其中有很深刻的逻辑。(如果不了解,本书的前八章非常清晰地讲述了这段故事。)
量子力学从尝试理解光开始。起初,牛顿认为光是一种粒子。托马斯·杨以无可争辩的完美实验(双缝实验)证明了光是一种波。后来,普朗克发现,要解释黑体辐射,微粒化的光子是一种巧妙的方法。而爱因斯坦通过光电效应,无可争辩地证明了光的粒子性。(当某种东西能够反射,可以作为实体传播,那么它就具有粒子性;当某种东西能够衍射和干涉,在介质中传播,那么它就具有波动性。从经典力学的角度来说,这两种性质是相互矛盾的。)
很快,这种矛盾就扩散到其他领域。人们发现电子(无可争辩的粒子)具有波动性,中子(无可争辩的粒子)也具有波动性。这些矛盾最终由德布罗意解决,他提出了一个看似中庸的解决方案:一切粒子都具有波动性。这种荒诞的结果甚至可以推广到更大的粒子:2013年,桑德拉·艾宾伯格用C284H190F320S32N4分子做了衍射实验,由810个原子组成的分子团在双缝的另一侧与自己叠加。
以上都是事实,而不是推论。这加深了量子力学作为一门科学的可信度。我们也可以合理地推测,如果人穿过合适大小的双缝,也可以变成一道波,在双缝的另一侧一分为二,然后与自己发生干涉;具体在哪个地方叠加,取决于概率。
我只是简单地讲述了这段历史,真实的进展当然复杂得多。这些事情虽然违背直觉,但在逻辑上完全可以解释。为什么粒子不能同时是波?现代物理学反复提醒我们,对于几个世纪以前的教条,我们应该重新审视。
量子力学并不是空中楼阁般的理论,而是有非常实在的基础。事实上,有许多证明了量子力学的实验,前面提到的大分子衍射就是一个例子。但定性实验的说服力比不上定量实验。我认为,最能证明量子力学正确性的是下面这个实验:
量子场论中有一个理论叫量子电动力学(QED),它由狄拉克创立、由费曼等人发展。这个分支研究的是电子与光子的相互作用。电子和光子有对应的电子场和光子场,电子场和光子场可以相互耦合,并且有一个耦合常数。这个常数可以通过理论计算,也可以通过实验测量。2012年,日本的一个团队做了这个实验,计算出的理论值是0.0072973256,而实验测量的值是0.00729735257。几乎没有误差。
这是一种令人赏心悦目的精确性,它几乎只出现在科学中。
但量子力学并非只有纸面的逻辑和计算的数据,它有很重要的实际用途。谈到量子力学的实际应用,许多人会想起“量子速读法”之类的闹剧。但这并不是真正的量子力学,只不过是挂羊头卖狗肉。但正是因为这样的闹剧,人们对量子力学的真正作用知之甚少,反而越来越把它归结于玄学。
首先,量子力学对科学本身有很大的帮助,最典型的是在化学中。现代元素周期表诞生于1869年,但当时的表格有许多空格,周期性的内在规律也没有得到解释。解决这一问题的正是量子力学。(关于这一点,可以阅读作者的前一本书《元素周期表何以解释一切》。)在量子力学的帮助下,科学家纠正了之前的错误,更新了一些数据,这些数据不断地被实验证实。铀、钋等元素在现实中的应用,非常有说服力地证明了这一点。
我们日常使用的手机、电脑等,都是建立在应用量子力学之上。手机和电脑的基础是芯片,芯片是集成的半导体晶体管,其中的量子效应非常明显。可以说,如果没有量子力学,我们就不可能理解芯片和半导体的原理,那机和电脑很可能就无法诞生——至少无法优化。换句话说,它们不可能变得像现在这么小。电脑中信息的储存和读取都是通过量子隧穿实现的,而这也是量子力学的范畴。
除了这些,量子力学还有很多让人梦寐以求的实际应用,其中许多令最有想象力的科幻小说家心驰神往。这些用途包括瞬间移动、时间旅行。这些只存在于科幻小说中的概念,在现实中是确实存在的!——当然,还无法达到我们想要的用途。利用量子力学进行瞬间移动,专业术语是“量子隐形传态”。2017年,中国物理学家潘建伟领导的团队实施了最远距离的量子隐形传态,把光子的量子态从地球瞬间传递到1400千米高的卫星。
我们知道,根据爱因斯坦的狭义相对论,物体的移动速度不可能超过光速,信息的传播速度也是如此。科学家会尽量解释这种矛盾,但矛盾仍然存在。光速是我们能够观测到的最大速度,潘建伟实验中的瞬间移动的确发生了。这种矛盾之后可能会继续出现。但正如尼尔斯·玻尔所言,量子力学不是一门理性的学科,而是一门“诗性”的学科。我们也许应该修正自己的理性。
在没有量子力学的时候,现实中的矛盾把我们引向玄学或者宗教。光既是粒子又是波?不如说它是由上帝决定的。但科学的进展就是,我们知道得越多,就越知道自己的无知;我们解决的谜题越多,就会创造更多新的谜题。有一些谜题,我们至今无法解决。这不意味着科学无用,而只是我们还不够聪明。我们学习科学、热爱科学,是因为科学可以给我们一种信念,只要我们孜孜以求,就可以解决前人留下的难题,并给后人留下新的难题。这并不丢人。这意味着科学永远在进步,而且永远不会终结。这是科学最吸引我的地方。