经典力学

经典力学 量子力学和经典力学有什么不同？

个人理解量子力学在于这个“量”上，就是说微观粒子的存在方式都是一份一份的，而不是无限可分割的，当一个基本粒子再“分割”时（这种分割是客观的分割，而不可能是人为的），分割后的粒子已经是一种性质的别的物质了。

比如当光子从电子中“分割”出来（即跃迁出来）时，光子已经不具备电子的性质了，成为新的物质（有人直接把它当做能量，而严格地说光子是物质）。

从量子力学角度上讲，超弦理论是对的，即超弦是最小的量子，再也不能分割，它有自身的结构与功能。

量子性与宏观世界的系统性很相似，可以说量子性就是微观世界的系统性。

从量子的“分割”特性上可知，我们现在发现的六十几种基本粒子，只是从人类认识、发现的角度上讲的，它们并不是客观的最基本的粒子，超弦或者以其它方式客观存在的最小粒子才是最基本的粒子。

我觉的量子力学和经典力学最大的区别就是：在量子力学中我们永远不可能“知道”任何事情；而在经典力学中我们能对事物的质量能量、位置动能做出精确的描述和测量。

这是怎么回事呢？在量子力学中我们为什么无法确切的知道事物的状态呢？现在我们深入物质的基本性质，穿过我们的细胞和细胞器，深入到单个分子和组成它们的原子内部，最终，你会看到组成宇宙中所有已知物质的基本粒子。

像电子，光子，以及组成质子和中子的夸克，都是我们所知道的最基本的粒子。

这意味着我们不能把基本粒子无限细分下去，换句话说这些基本粒子不是由其他任何物质构成。

假设我们取一些光，粒子物理学家称之为光子。

让这些光子穿过两个无限细的狭缝或者一个有限宽度的狭缝。

我会看到什么样的图案?通过有限宽的单缝，我们会看到光产生衍射（绕射）条纹，通过无限细的双缝，我们会观察到光的干涉条纹。

这都是波所具有的性质，其实对于光的波动性，跟牛顿同时期的惠更斯都已经提出来了，也是我们最早对光性质的理解。

后来爱因斯坦为了解释光电效应，大胆采用了普朗克的量子说，才提出了光量子也就是后来我们所说的光子。

另一方面，如果我们用电子之类的粒子，会产生什么样的实验结果呢？上图是我们向这两条狭缝扔一些小沙粒的结果。

结果显而易见，有些沙粒穿过一条缝，有些沙粒穿过另一条缝，最后会在另一边看到两堆分开的沙子。

这很符合我们的常识，也是在经典力学里所能发生的事情。

那么我们向双缝发射电子呢？我们一开始也想到了一堆电子在穿过狭缝或者在路径中会发生干扰，所以我们就一次发送一个电子。

随着时间的推移，结果如下：很明显可以看出，随着发射越来越多的电子，我们看到了明显的干涉条纹，这说明每一个单独的电子似乎都于自己发生干涉!这一点真的令我们感到惊讶，一个物质粒子表现得像波？我们的第一反应就是想知道，这些电子发射后会通过哪条狭缝？所以你重新做了一次这个实验，并且准备测量电子的行为，你会得到什么样的结果？当你测量电子时，破坏了干涉图样，迫使电子穿过一条缝或者另一条缝！电子不再与自己发生干涉，也不再表现得像波一样运动，你得到的图案会和沙粒一样，电子会堆叠在缝隙的后面。

现在我们知道测量电子时，我们会破坏电子的波函数，让电子表现出了粒子的行为。

据我们所知，下图才是氦原子的精确描述。

我们根本不可能知道电子的精确位置。

所以平时看到的图片都是为了我们方便理解，一个电子围绕原子核！根据电子的双缝实验我们可以知道，如果想知道这个电子在任意时刻的位置，我们可以向电子发射光子以及更高的能量。

光子的波长越短，就越能准确地测量出电子的位置。

但我们永远不可能确切地知道电子在哪！这是为什么呢?这就是我们常说的海森堡的不确定性原理！在微观层面我们不仅不能确切地知道像我们平时所说的“位置”，而且测量粒子的位置越精确，就越不可能准确地知道粒子的动量！同样的事情也发生在能量和时间上。

寿命非常非常短的粒子，其质量（能量）存在固有的不确定性！微观层面的事情我们很难理解，但这里有一个很好的类比：水球。

想象一下，你手里拿着一个装满水的气球，你试着精确地测量水球在一个坐标上的位置。

这时会发生什么？你的手会压迫水球使它在一个方向上变形。

由于水球的体积必须是守恒，所以水球会向另一个方向延伸。

这就是量子力学，你永远不知道确切的位置、动量、能量或时间，而我们的经典力学一切都是那么确定！你今天换了一双鞋，你的体中增加了15克！