神奇的量子世界结课论文（神奇的量子世界）

神奇的量子世界结课论文（神奇的量子世界）#大有学问#现在绝大部分人都已经接受了量子世界的不确定性，开始探索量子技术的应用。一些量子技术已经开始广泛应用并改变人们的生活，比如原子钟给GPS提供了精确的时钟信号，极大地提高了定位精度，一些新兴的量子技术如量子计算机、量子通信等也慢慢进入了人们的视野，让人们深刻体会到量子世界和经典世界的不同之处。正是在经典力学确定性原理的指导下，人类把卫星发射上了天，也把人送上了月球并安全返回，这些成功极大地增强了人们对于科学的信心，让人出现了人可以利用科学预测世界上所有现象的幻觉。量子力学的出现直接打破了人类的这个幻觉。根据哥本哈根学派的解释，量子世界在本质上是不确定的。所谓量子世界的不确定性就是指给定了某个物体的初始状态，我们按照量子力学原理来计算，最后可能没有办法唯一确定物体的状态，只能算出这个物体处在各种状态的概率。量子世界出现不确定性的原因不是因为计算能力不够强大，而是从原理上就没有办法唯一

最近的热播动画片《三体》用动画描述了人如果生活在量子世界中会看到什么奇怪的现象：当时罗辑和庄颜被困在高空站中，一个宏原子脱离了磁场的束缚，逐渐将周围的环境中的人量子化，罗辑观测到的宏观物体的叠加态就是属于直接类比量子世界的叠加态概念，虽然很不合理，但确实非常震撼。

人生活在经典世界，我们理解一切物理现象都是基于经典世界的概念。即便是观测量子世界的各种现象，也必须要借助于经典世界的仪器才能看到，比如要“看到”单个原子，就需要用到原子力显微镜。人理解量子现象都是类比于经典世界中的现象来进行的，所以才会出现量子世界中的很多现象人难以理解的情况：比如说叠加态，比如说波粒二象性这些概念，在经典世界中很难想象。

虽然量子世界和经典世界有非常多的区别，但是如果要说量子世界和经典世界最大的区别，那必然是量子世界是不确定的，而经典世界是确定的。这也是为什么爱因斯坦因为量子力学获得了诺贝尔物理学奖，但最终又站在了量子力学对立面的原因。关于爱因斯坦和量子力学的关系我们后面有空再聊，现在还是集中讨论量子世界和经典世界最大的区别：量子世界的不确定性和经典世界的确定性。

所谓经典世界的确定性就是给定一个物体的初始运动状态，我们就可以利用经典力学中的牛顿三大定律推出这个物体在以后任何时刻的运动状态，并且这个运动状态是唯一的、确定的。这个结论既适用于分子气体的运动，也适用于地球的运动。在一些情况下由于影响某个物体运动的因素太多导致难以算出该物体的运动状态，比如分子气体的运动就难以计算，但是从原理上来说，只要把所有的因素都考虑进去，计算能力足够强大，总可以精确预测这个物体在将来任何时刻的运动状态。

正是在经典力学确定性原理的指导下，人类把卫星发射上了天，也把人送上了月球并安全返回，这些成功极大地增强了人们对于科学的信心，让人出现了人可以利用科学预测世界上所有现象的幻觉。

量子力学的出现直接打破了人类的这个幻觉。根据哥本哈根学派的解释，量子世界在本质上是不确定的。所谓量子世界的不确定性就是指给定了某个物体的初始状态，我们按照量子力学原理来计算，最后可能没有办法唯一确定物体的状态，只能算出这个物体处在各种状态的概率。量子世界出现不确定性的原因不是因为计算能力不够强大，而是从原理上就没有办法唯一确定物体的状态，这就是量子世界的不确定性。

为了解决量子力学的不确定性的问题，人们提出了各种理论。比较出名的一个是“隐变量理论”，这个理论的出发点是说我们现在的量子理论之所以不能唯一确定物体状态的原因是有一些变量我们还没有加入，只要我们把这个隐变量加入到量子力学中，我们也可以像经典世界一样，知道了初始状态，就可以通过这个“隐变量理论”计算出物体所处唯一的状态。后来科学家通过实验证明这个理论是不成立的。

现在绝大部分人都已经接受了量子世界的不确定性，开始探索量子技术的应用。一些量子技术已经开始广泛应用并改变人们的生活，比如原子钟给GPS提供了精确的时钟信号，极大地提高了定位精度，一些新兴的量子技术如量子计算机、量子通信等也慢慢进入了人们的视野，让人们深刻体会到量子世界和经典世界的不同之处。

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