上帝掷骰子吗

以前的人们以为光传播的介质是“以太”!

牛顿 关于光的微粒说

胡克和牛顿,有点惨啊,胡克完全活在牛顿的阴影下。

托马斯杨双缝干涉实验——波动说

菲涅尔——圆盘衍射和泊松亮斑

傅科关于光速测量实验的报告,光在水中的速度小于真空中的光速

随后麦克斯韦关于电磁波的预言

1887年,赫兹证明了麦克斯韦的电磁波存在!也证明了光就是电磁波的一种!

1900年,19世纪的两朵乌云

以太假设有问题

黑体辐射实验和理论不一致

物理学实验的意外所发现的东西:

1.拉瓦锡推翻燃素学说,建立近代化学

2.瑞利制取氮气发现惰性气体

3.贝克勒尔意外发现放射性


普朗克量子物理奠基(黑体方程)

量子 为最小单位,不可分割!能量的传输不是连续的!

最小单位约为6.626×10^-34焦耳*秒!为普朗克常数,用h表示。

量子论告诉我们,“无限分割”的概念只是一种数学上的理想,而不可能在现实中来实现,一切都是不连续的!


1900年12月14日,普朗克在柏林宣读了关于黑体辐射的论文,宣告了量子的诞生。那一年,他 42岁。

同年,一个名叫阿尔伯特·爱因斯坦(Albert Einstein)的青年从苏黎世联邦工业大学(eth)毕业,正在为将来的生活发愁。他在大学了旷了无穷多的课,以致于他的教授闵可夫斯基(minkowski)愤愤的骂他是“懒狗”。没有一个人肯留他在校做理论或者实验方面的工作,一个失业的年轻人的黯淡前途正等待着这位不修边幅的年轻人。

在丹麦,15岁的尼尔斯·波尔(Niels bohr)正在哥本哈根的中学里读书。波尔有着好动的性格,每次打架或者争论,总是少不了他。在学习方面,他在数学和科学方面显示出了非凡的天才,但是他的笨拙的口齿和惨不忍睹的作文却是全校有名的笑柄。特别是作为最后的总结。往往使得波尔头痛半天,在他看来,这种无意义的重复而已。有一次他写一篇关于金属的论文,最后总结到:in conclusion,i would like to mention uranium(总而言之,我想说的是铀)。

埃尔文·薛定谔(Erwin Schrodinger)比波尔下两岁,当时也在维也纳的一间著名的高级中学上学。这间中学也是物理前辈玻尔兹曼,著名剧作家施尼茨勒(Arthur Schnitzler)和齐威格(Stefanie Zweig)的母校。对于刚入校的学生来说,拉丁文是最重要的工科,每周要占8小时。而数学和物理只用3小时。不过对薛定谔来说,一切都是小菜一碟,他热爱古文、戏剧和你是,每次在班上都是第一。小埃尔文长得非常帅气,穿上礼服和紧身裤,俨然一个偏偏小公子。

马克思·波恩(Max Born)和薛定谔有着现实的教育背景,经过了家庭教育,高级中学的过程进入了布雷斯劳大学。

路易斯·德布罗意(Louis de Broglie)当时8岁,正在他那显赫的贵族家庭里接受良好的幼年教育。他对历史表现出浓厚的兴趣,并乐意把自己的时间花在这上面。

沃尔夫冈·恩斯特·泡利(Wolfgang Ernst Pauli)才出生8个月,可怜的小家伙似乎一出生就和科学结缘了。他的middle name:ernst,就是因为他父亲崇拜著名的科学家恩斯特·马赫(Ernst Mach)才给他取的。

而再过12个月,维尔兹堡的以为著名希腊文献教授就要喜滋滋 的看着他的宝贝儿子小海森堡(Werner Karl Heisenberg)呱呱坠地。稍早前,罗马的一位公务员把他的孩子命名为克里恩·费米(Enrico Fermi)。20个月后,保罗·狄拉克(Paul Dirac)也将出生在英国的布里斯托尔港。

好了,演员都到齐了,好戏也该上演了。

光点效应

奇迹年annus mirabilis

1666年,牛顿发明了微积分,完成了光分解的实验分析,以及万有引力的开创性工作,在那一年,他为数学、力学和光学三大学科分别打下了基础,而其中的任何一项工作,都足以使他名列有史以来最伟大的科学家之列。

1905年,在专利局我局的爱因斯坦发表了6片论文。3月18日,发表了光电效应的论文,成为量子论的奠基石之一。4月30日,发表 了关于测量分子大小的论文,这为他赢得了博士学位。5月11日和后来的12月19日,两篇关于布朗运动的论文成为分子论的里程碑。6月30日,发表题为《论运动物理的电动力学》的论文,这个不起眼的题目后来被加上一个如雷贯耳的名称,叫“狭义相对论”。9月27日,关于物体惯性和能量的关系的论文,这是狭义相对论的进一步说明,并且在其中提出了著名的质能方程E=mc^2。

J.J.汤姆逊(Joseph John Thomson)发现电子 提出了葡萄干布丁的原子假说。

恩内斯特·卢瑟福(Ernest Rutherford)用α粒子轰击金箔,提出了原子行星模型。

卢瑟福——诺贝尔奖得主的幼儿园,培养了至少10位诺贝尔奖得主! 新西兰货币100元上就是他!

卢瑟福假说面临问题,如果模型是这样的,那么电子运行轨道会衰减直至撞到原子上去。

波尔提出了能级说。

人们发现,一个原子的化学性质,主要取决于它最外层的电子数量,并由此表现出周期性来,但是人们也十分疑惑,那就是对于拥有众多电子的重元素来说,为什么它的一些电子能够长期的占据外层的电子轨道,而不会失去能量落到靠近原子核的低层轨道上去。这个疑问有泡利在1925年作出了解答,即一层对到所你能能够包容的不同状态,其数目是有限的,也就是说,一个轨道有着一定的容量。——泡利不相容原理。

P60 4.2 波尔王朝的衰败

路易斯·维克托·皮雷·雷蒙·德布罗意王子(prince Louis Victor Pierre Raymond de broglie)将告诉大家,电子,是一种波。

傅里叶展开,将一个混合的音波分解成一系列的简谐波。

matrix!海森堡!

矩阵算数!

I×II≠II×I!!!

发明矩阵的最初目的是为了求解某些微分方程组!

p×q≠q×p!

P94 6.3波恩笑谈骰子

是的,科学家知道过去;似地,科学家明白现在;似地科学家了解未来。只要掌握了定律,只要手机足够多的情报,只要能够处理足够大的运算量,科学家就能如同上帝一般无所不知。整个宇宙不过是一台精密的机器,它的每个部件都按照定律一丝不苟的运行,这种想法就是古典的,严格决定论(determinism)。宇宙从出生的那一刹那起,就有一个缺点的命运。我们现在无法了解它,只是因为我们说知道的信息太少了而已。


矜持的决定论在20世纪首先找到了量子论的严重跳战,随后混沌动力学的兴起使它彻底被打垮了。


决定论的垮塌是否注定了足有一直的兴起?这在哲学上市很值得探讨的。事实上,在量子论之后,物理学越来越陷于形而上学的争论中。也许形而上学应该改革名字叫“量子论之后”。


“但是,我们现在在谈论电子!他是如此的小而轻,以至于光子对它的撞击决不能忽略不计。测量一个电子的位置?好,我们派遣一个光子去自信这个任务,它回来怎么报告呢?是的,我接触到了这个电子,但是它给我狠狠撞了一下后,飞到不知什么地方去了,它现在的速度我可什么都说不上来。看,为了测量他的位置,我们剧烈的改变了他的速度,也就是动量。我们没法同时既准确的知道一个电子的位置,同时又准确的了解他的动量。”

△p×△q>h/2π。

p动量和q位置为共轭量,有你无我,无法同时测得。

海德堡测不准原理uncertainty principle(不确定性原理)

△E×△t>h/2π

能量和时间也是对共轭量。

波尔的“互补原理”,波恩的概率解释,海森堡的不确定性,三者构成了量子论的“哥本哈根解释”。——波粒二象性。


量子派的物理学家现在逐渐领悟到了事情的真相:我们的结论和我们的观测行为本身大有联系。人看到马是白色的,但蜜蜂看到的却是蓝色的。

事实上,没有什么“客观真相”。讨论马本质上“到底是什么颜色”,正如我们已经指出过的,是很无聊的行为。根本不存在一个绝对的所谓的“本色”,除非你先定义观测的方式。

在量子世界,我们的测量对象是如此微小,以至于我们的接入对其产生了致命的干预。我们本色的劳动使得我们的测量中充满了不确定性,从原则上都无法克服。采取的不同的手段,往往会得到不同的答案,我们随着不确定性原理摇摇摆摆,你根本不能说有一个客观的答案在那里。在量子论中没有外部世界和我之分,我们和客观世界天人合一,融合成为一体,我们和观测物相互影响,使得车辆行为成为一种难以把握的手段在量子世界,一个电子并没有什么“客观动量”,我们能谈论的,只有它的“测量动量”,而这又和我们的测量手段密切相关。

波尔—“如果谁不为量子论而感到困惑,那他就是没有理解量子论”。


如果不定义一个测量动量的方式,那我们谈论电子动量就是没有意义的?这听上去师傅是一种唯心主义的说法。难道我们无法测量电子,它们就没有动量了吗?让我们非常惊讶和尴尬的是,波尔和海森堡两个人对此大点其头。一点也不错,加入一个屋里概念是无法测量的,它就是没有意义的。我们要时时刻刻注意,在量子论中,观测者适合外部宇宙结合在一起的,它们之间已经没有明确的分界线,是一个整体。在经典理论中,我们脱离一个绝对客观的外部世界而存在,我们也许不了解这个世界的某些因素,但这不影响其他客观性。可如今我们自己一人融入这个世界了,对于这个物我合一的世界来说,任何东西都应该是可以测量和感知的。只有可观测的量才是存在的!


事实上,同时具有p和q的电子是不存在!p和q也像波和微粒一样,在不确定原理和互补原理的通知下以一种此消彼长的方式生存。对于一些测量手段来说,电子成像出一个准确的p,对于另一些测量手段来说,电子呈现出准确的q。我们能够测量到的电子才是唯一的实在,这后面不存在一个“客观”的,或者“实际上”的电子!

换言之,不存在一个库管的,绝对的世界。唯一存在的,就是我们能够观测到的世界。物理学的全部意义,不在于它能够揭示出自然“是什么”,而在于它能够明确,关于自然我们能“说什么”。没有一个脱离观测而存在的绝对自然,只有我们和那些复杂的测量关系,熙熙攘攘纵横交错,构成了这个令人心醉的宇宙的全部。测量是新物理学的核心,测量行为创造了整个世界。


奥卡姆剃刀

当两种说法都能接相同的事实时,应该相信假设少的那个,比如,地球“本来”是放的,但观测时显示出圆形。这和地球“本来就是园的”说明的是同一件事。但前者引入了一个墨明棋妙的不必要假设,所以前者是胡说。同样,“电子本来有准确的p和q,但是观测时只有一个显示”,这和“只存在具有p或者具有q的电子”说明的也是同一回事,但前者多了一个假设,我们应该相信后者。“存在但观测不到”,这和“不存在”根本就是一回事。


150亿光年外的宇宙(150亿光年这个距离你被称作“视界”)。


量子论的不确定性大概就是反对决定论的最好证明了吧。

但是,同样,概率云也告诉我们,你也有机会掌控一些东西。


哥本哈根解释:电子在没有观察的时候什么也不是,谈论他是没有意义的,只有数学可以描述——波函数!不观测的时候,根本没有个实在!自然也就没有实在的电子。事实上,不存在“电子”这个东西,只存在,“我们与电子之间的观测关系”。


爱因斯坦—波尔之争!

物理全明星

量子纠缠!(EPR佯谬)

薛定谔的猫!


加强版的人择原理惠勒的“延迟实验”。

宇宙本身由一个有意识的观测者创造出来也不是什么不可能的事。虽然宇宙的 行为在道理上已经眼花了几百亿年,但某种“延迟”使得它知道被一个高级生物所观察才成为确定。我们的观测行为本身参与了宇宙的创造过程!这就是所谓的“参与性宇宙”模型。宇宙本身没有一个确定的答案,而其中的生物参与了这个谜题答案的构建本身!

这实际上是某种增强版的“人择原理”。人择原理是说,我们存在这个事实本身,决定了宇宙的某些性质为什么是这样的而不是那样的。也就是说,我们讨论所有问题的前提是:事实上已经存在了一些像我们这样的智能生物来讨论这些问题。我们回忆一下笛卡尔的“第一原理”:不管我怀疑什么也好,有一点我是不能怀疑的,那就是“我在怀疑”本身。“我思故我在”!类似的原则也适用于人择原理:不管这个宇宙有什么样的性质也好,它必须要使得只能生物可能存在其中,不然就没有人来问“宇宙为什么是这样?”这个问题了。随便什么问题也好,你首先得保证有一个“人”来问问题,不然就没意义了。


参与性宇宙是增强的人择原理,它不仅表明我们的存在影响了宇宙的性质,更甚,我们的存在创造了宇宙和它的历史本身!可以想象这样一种情形:各种宇宙参数首先是一个不确定的叠加,只有被观测者观察后才变成确定。但这样一来他们又必须保持在某些精确的范围内,一遍创造一个好的环境,令观测者有可能在宇宙中存在并观察它们!这似乎是一个逻辑循环:我们选择了宇宙,宇宙又创造了我们。这件怪事叫做“自指”或者“自激活”(self-exciting),意识的存在反过来又创造了它自身的过去!


冯·诺依曼(John Von Neumann)这位现代计算机的奠基人之一,20世纪最杰出的数学家,百年难得一遇的天才。从集合论到数学基础方面的研究,从算子环到遍历理论,从博弈论到数值分析,从计算机结构到自动机理论,每一项都可以大书特书。