微观粒子都有波动性,为啥宏观物体没有波动性?

2020-02-21 投稿人 : www.gay9991.cn 围观 : 1429 次

在最近的文章中,我关注了微观世界中的一些奇怪现象。例如,微观粒子具有叠加态,可以同时处于多个位置的叠加态。微观粒子仍然不确定,所以我们不能同时精确测量微观粒子的速度和位置。当然,微观粒子也是非局部化的,即微观粒子之间的因果关系可以瞬间完成,信息可以瞬间传递而不受距离的影响。

事实上,微观粒子的这三个特征是非传统的。然而,在我解释了上一期的“贝尔不等式”之后,我已经证明微观世界确实具有不确定性、叠加性和非局域性,因此很难尽快接受,但我们别无选择。但是这给我们带来了一个问题:为什么微观世界中的粒子具有如此神奇的特性,而我们宏观世界中的物体却没有这样的特性?我们不要忘记,我们的宏观世界的本质也是由微观世界组成的,所以微观世界的这三个特征也应该反映在我们的宏观世界中。今天我将集中讨论这个问题。

首先澄清一个概念:物质波。这告诉我们,任何物体都有波动性,但我想再次强调,微观世界的波动性并不意味着微观粒子的运动轨迹像波一样,而是微观粒子以微观粒子的位置为横坐标x,概率值为y,并画出一个函数图,这就是函数图像波。换句话说,这种波是一种概率波,而不是机械波或我们在传统日常生活中见过的波。在前一篇文章中,我重点讨论了薛定谔方程的波函数,并且画了一个波函数图。因此,我们可以先看一下前面的文章。在这里,我们再次给出波函数图像。x是微观粒子的位置,Y是概率值。

请确保您对微粒挥发性有正确的理解。那么让我们继续讨论物质波。事实上,这个概念是由德博罗伊首先提出的,这意味着一切都有波动性(当然一切都有粒子),所以粒子和波动性是所有物质的特征,但是为什么我们在宏观世界中感觉不到这种波动性呢?

这需要从海森堡的“不确定性原理”开始,我在前一篇文章中已经详细描述过了。如果你不明白,你可以先看看。这个原理告诉我们,我们永远无法同时精确测量微观粒子的“速度”和“位置”。事实上,这个原理是由一个数学公式表达的:位置不确定性*动量不确定性≥h/4π,其中h是普朗克常数。这意味着微观世界有一个总不确定性的最小值:h/4π,你可以大于这个值,但不能小于这个值。由于动量=速度*质量,公式变为:位置不确定度*速度不确定度*质量≥h/4π,进一步得出结论:

位置不确定度*速度不确定度≥h/(4π*质量)

好,用这个公式我们可以解释核心点,我们的宏观世界和微观世界最大的区别是什么?事实上,它是质量,因为宏观世界中的质量通常相对较大,而微观世界中的物体质量很小,例如,电子质量很小。但公式:位置不确定度*速度不确定度≥h/(4π*质量),但它是一样的。

因此,由于微观粒子的质量太小,不等式右侧的h/(4π*质量)值变得很大,所以微观粒子的位置不确定性*速度不确定性相对较大。

但是,如果它是一个宏对象,由于它的质量很大,宏对象的位置不确定性*速度不确定性相对较小。这就是为什么宏观物体的不确定性不明显,而微观粒子非常明显。我们的宏观对象不波动的主要原因是质量,质量对我们帮助很大,使我们的不确定性很小。

当然,上述公式可以从另一个角度理解。因为动量和位置是不确定的,动量=质量*速度,当质量很大时,它间接驱动动量的不确定性增加。即使此时速度的不确定性非常小,乘以一个更大的质量就等于扩大了不确定性。宏观物体恰好来自一个大质量的世界,所以即使速度不等于

我们也可以从第三个角度来解释,因为不确定性原理告诉我们,位置不确定性*速度不确定性有一个最小值,这里我们简单地假设位置不确定性*速度不确定性=最小值。因为最小值包含一个h,也就是普朗克常数,但是普朗克常数非常小,h=6.×10-34,所以这个最小值对我们的宏观物体来说非常非常非常非常小。因为乘积非常小,所以两次乘法的次数也必须变得非常小(当然,一次可以变大,另一次可以变小)。所以这个最小值对于我们的宏观世界来说确实是微不足道的,但是对于微观世界来说,因为微观世界中的粒子也是非常小的,所以在这个非常小的粒子的眼里,这个最小值虽然包含普朗克常数,但仍然显得非常大,所以微观粒子的不确定性相对较大。

以上只是基于不确定性原理公式的分析。事实上,从微观到宏观的转变是一个非常复杂的过程。没有一个公式能解释一切。它还涉及到大量的概率论知识。例如,当许多微观世界被分别看待时,每一个都是不确定的。然而,当它们被整合在一起时,总的累积结果有一个共同的方向。这个共同的方向在宏观世界中得到表达:相对确定性。

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