为什么量子力学如此难以理解?( 二 )


但这些观察结果让物理学家感到惊讶 。 在F上获得的图案由相距一定距离的高强度和低强度区域组成 。 这种图案类似于光波引起的干涉图案 。 事实上 , 波的模式特征是由粒子(电子)引起的 , 因此可以得出结论 , 粒子也具有波状特征 。
为什么量子力学如此难以理解?
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量子退相干:破坏可观察性
继续进行单电子干涉实验 , 最初 , 该装置在运行时不被观察 。 这意味着当电子被发射并撞击薄膜F时 , 没有对这个过程进行观察 。 实验运行了几个小时后 , 停止并取回胶片F 。 但是如果实验是由相机记录的呢?还是用肉眼观察?
好吧 , 非常令人惊讶的是 , 干涉图案消失了 , 或者更确切地说 , 没有观察到像早期那样的图案 。 在这种情况下 , 模式是随机的 , 就像网球实验一样 。 换句话说 , 观察破坏了干扰 。 然而 , 网球并非如此 。 您可以保留任意数量的摄像机和观众 , 但模式不会改变 。
发生这种情况是因为 , 在量子尺度上 , 当光子撞击电子时 , 电子会偏离其原始路径 。 因此 , 在尝试进行测量时 , 会丢失观察 。
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上图:隧道效应可以通过假设波动性与电子和一些巧妙的数学相关联来解释 。
量子隧道
想象一下 , 一个网球被限制在一个墙壁无限高的房间里移动 。 即使在高速下球也无法穿过墙壁(不允许打破墙壁) 。 因为过墙要求球高于墙高 , 所以球实际上是不可能移出的 。 类似地 , 在量子尺度上 , 如果一个电子被限制在一个无限深的势阱(类似于墙壁) , 人们可能会期望电子永远被困住 , 而穿越墙壁的机会(读取概率)为零 。 但是 , 量子再次出人意料 。 电子撞击势垒时确实存在一个有限的概率 。 即使在现实生活中也可以观察到这一点 。 两个金属导体焊接在一起以固定接头 。 然而 , 焊料是一个潜在的障碍 。 电子穿过墙壁的概率是有限的 , 因此电路保持闭合并且电流流动 。
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经典物理学的条件思考
【为什么量子力学如此难以理解?】由于入门和中级物理学涉及经典物理学 , 因此使用这些理论更容易将日常现象联系起来 。 但是 , 当第一次引入量子力学时 , 它总是从难以理解的关于波函数的假设开始 。此外 , 由于量子粒子不遵守经典定律 , 预测它们的行为变得困难 , 理解量子力学的数学框架也是如此 。 如果不试图找到一个不存在的经典类比 , 思考算符、波函数等是不容易的 。

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