量子力学是谁提出的 (量子力学是谁发明的人)

admin 2024-12-06 48 0

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量子力学是谁提出的

量子力学是在20世纪初由一群杰出的物理学家共同创立的,其中包括马克斯·普朗克、尼尔斯·玻尔、沃纳·海森堡、埃尔温·薛定谔、沃尔夫冈·泡利、路易·德布罗意、马克斯·玻恩、恩里科·费米、保罗·狄拉克以及阿尔伯特·爱因斯坦等。

量子力学的三大基本原理是:量子力学第一定律,即超光速原理;量子力学第二定律,即宇宙无引力原理;以及量子力学第三定律,即宇宙神学原理。

量子力学带来了三个关键发现:分立性、不确定性和与物理量的关联性。

在量子力学中,时间被视为分立的,而非连续的,因为时钟测量的时间只能取特定的值。

量子力学的一个核心特征是分立性,即量子是构成物质的基本单位。

在引力场中,最小的时间单位被认为是10的负44秒。

在量子力学中,钟表测量的时间是非连续的,时间从一个值跃迁到另一个值。

量子力学揭示了不确定性原理,即电子的位置不是精确的,而是处于位置的叠加状态。

同样,时间在量子力学中也呈现出叠加的状态,过去、现在和未来的界限变得模糊。

扩展资料:量子力学的三大定律定义了这一理论的基础,它们涉及量子世界的神秘现象,这些现象颠覆了我们对生活和世界的传统理解。

其中之一是电子双缝干涉实验,它展示了量子粒子的行为与宏观世界的直观观念截然不同。

当量子粒子与其他事物相互作用时,其不确定性便消失了。

例如,当电子与屏幕碰撞时,它们能被粒子探测器捕捉到。

这一现象以及科学发展的整体趋势都表明,我们理解世界的最佳方式应当基于变化而非恒常性。

世界的本质不是存在,而是持续的存在和变化。

量子力学是谁提出的 (量子力学是谁发明的人)

什么叫量子引力

量子引力,又称量子重力,是描述对重力场进行量子化的理论,属于万有理论之一隅;主要尝试结合广义相对论与量子力学,为当前的物理学尚未解决的问题。

当前主流尝试理论有:超弦理论、循环量子引力理论、声学类比模型。

背景重力在古典描述下,是由爱因斯坦于1916年建立的广义相对论成功地描述,透过质量对于时空曲率的影响(爱因斯坦方程式)而对水星近日点岁差偏移、重力场下光线红移、光线弯折等三种问题提出了完满的解释,并且至今为止在天文学的观测上,实验数据与广义相对论预测值的相符程度远高于其他竞争理论。

由广义相对论描述古典重力的正确性很少有人怀疑。

另一方面,量子力学从狄拉克建立了相对论性量子力学的狄拉克方程式开始,扩充成量子场论的各种形式。

其中包括了量子电动力学与量子色动力学,成功地解释了四大基本力中的三者--电磁力、原子核的强力与弱力的量子行为。

其中仅剩下重力的量子性尚未能用量子力学来描述。

除了一方面对于重力粒子(引力子)的量子描述未能达成之外,两个成功的理论在根本架构上也有冲突之处:量子场论的架构是建构在狭义相对论的平坦时空下之基本力的粒子场上。

如果要投过这种相同模式来对重力场进行量子化,则主要问题会发生在广义相对论的弯曲时空架构,无法一如以往透过重整化的数学技巧来达成量子化描述,亦即引力子会互相吸引,而当把所有反应加总常会得到许许多多的无限大值,没办法用数学技巧得到有意义的有限值;相对地,例如量子电动力学中对于光子的描述,虽然仍会出现一些无限大值,但为数较少可以透过重整化方法可以将之消除,而得到实验上可量到的、具有意义的有限值。

至于透过实验的检验,很遗憾的,量子引力所探讨的能量与尺度乃是目前实验室条件下无法观测得到的,有些学者提出一些观点可能可以透过天文学上的观测来检验,但仍属少数特例。

因此希望从实验观测得到一些关于量子引力理论发展上的提示,现阶段仍属不可行。

推导量子引力理论的一般方法是假设这个等待发掘的理论会是简单优雅的,然后回头看看现前的理论,找寻对称性及提示以想办法优雅地合并它们成为一个更加普适的理论。

这方法的一项问题是没人可以肯定量子引力是否会是一个简单优雅的理论。

需要这样理论的理由是为了要了解一些涉及庞大质量或能量以及很小尺度的空间的问题,例如黑洞的行为,以及宇宙的起源。

[编辑]历史上的观点历史上,对于量子理论与要求背景独立的广义相对论两者明显的矛盾曾出现过两种反应。

第一种是广义相对论所采的几何诠释并非究竟,而只是一个未知的背景相依理论的近似表现。

举例来说,这在史蒂芬·温伯格的经典教科书《重力与宇宙学》里面被明白表示过。

另外相抗衡的观点是背景独立是基础性质,而量子力学需要被一般化,改写成一个没有缺省特定时间的理论。

这样的几何观点在米斯纳、惠勒与索恩三人合写的经典著作《重力论》中详述过。

由理论物理巨擘所写对于重力意义采相反看法的两本书,很有趣地几乎同时发表于1970年代早期。

出现了这样的僵局使得理查·费因曼(其对于使量子引力获得了解曾做过重要的尝试)在1960年代早期给太太的一封信中,绝望地写道:“提醒我不要再参加任何一个重力会议。

”站在这两种论点的前缘,(时至2005年)一个发展出弦论,而另一个发展出循环量子引力理论。

[编辑]量子力学与广义相对论间的不兼容时至目前为止,理论物理上最深奥的问题之一是调和广义相对论——描述重力并且在大尺度结构(恒星、行星、银河)上可以适用,以及量子力学——描述其他三种作用在微观尺度的基本力。

广义相对论中重要的一课教导了我们没有固定的时空背景,而在牛顿力学与狭义相对论则有出现;时空几何是动态的。

虽然在原则上容易掌握,这却是广义相对论中最难了解的概念,而且它所带来的结果是相当深远的,也没完全地探索完,即使仅就古典层级而言。

就某种程度而言,广义相对论可以视作是一种关系理论,在这样的理论中,物理上唯一要紧的讯息是时空中不同事件彼此间的关系。

另一方面,量子力学则有赖于固定背景,既然它是从固定背景(非动态的)结构中起家的。

在量子力学中,时间是开始就给定而且非动态的,恰如牛顿的古典力学一般。

在相对论性量子场论中,一如在古典场论中,闵可夫斯基时空是理论的固定背景。

最后,弦论是从扩充量子场论出发的,其中点粒子代之以弦样物体,在固定时空背景中做传递。

虽然弦论的起源是在夸克局束(quark confinement)研究方面而不是在量子引力方面,很快就发现弦的频谱包括了引力子,而且弦的几种特定振动模式的“凝聚”等价于对原始背景的修改。

处在弯曲(非闵可夫斯基式)背景下的量子场论,虽然并非重力的量子理论,亦显示了量子场论中的一些假设无法被延伸到弯曲时空中,完善的量子引力理论就更不用提了。

特别地说,真空—当它存在时—被指出和观察者所经过的时空路径有相依性(见盎鲁效应)。

此外,场概念看起来比粒子概念还要来得基本(粒子概念被认为是描述局域交互作用的方便法)。

后者观点是有争议性的,和史蒂芬·温伯格的著作《量子场论》在闵可夫斯基空间中所发展出的量子场论相矛盾。

循环量子引力是建构背景独立量子理论的努力成果。

拓朴量子场论提供了背景独立量子场论的一例,但其没有局域的自由度而仅有有限个全域自由度。

如此要描述3+1维的重力则显得不足;按照广义相对论,即使在真空,重力也有局域自由度。

然而在2+1维,重力就可以是拓朴场论,而其也被成功地透过多种方法进行量子化,包括自旋网络的方法。

此外尚有三处量子力学与广义相对论的拉锯战。

首先,广义相对论预言了自己在奇点会失效,而量子力学在奇点附近则会和广义相对论格格不入。

二者,对于该怎么决定一颗粒子的重力场并不清楚;既然在量子力学的海森堡不确定原理下,粒子的位置与速度无法同时确知。

最后一处的拉锯战并非逻辑上的矛盾,其涉及了“量子力学造成贝尔不等式的违反”(暗示有超光速的影响)与“相对论中光速作为速限”这两者间的困境。

前两点的解决之道可能出自对于广义相对论有更好的了解[1]。

[编辑]理论现有为数不少的量子引力理论被提出来:弦论/超弦/M理论 超重力 反得西特空间(AdS)/顺形场论(CFT) 惠勒-得卫特方程式 循环量子引力 欧几里得量子引力 非交换性几何 扭量 离散洛仑兹式量子引力 沙克哈洛夫式感应重力 Regge微积分 声学度规(声学类比模型)及其他的重力类比模型 过程物理学 量子化重力的“直接”方法有多项选择。

是否要如同霍金一样,采用对威克式旋转过的黎曼度规做泛函积分?参见欧几里得式路径积分方法。

我们有用协变Peierls bracket吗? 我们有用BRST/Batalin-Vilkovisky形式,或规范固定,或规范分解吗? 如果我们选择了正则量子化,我们有用爱因斯坦-希尔伯特作用量将度规仅当作是动态量,以得到惠勒-得卫特方程式吗? 抑或我们将度规与仿射联络各自处理? 抑或我们是否拥有整个庞加莱群以作为规范群,并以爱因斯坦-卡坦理论作为起点? 抑或我们有用移动参考系的卡坦方法以及帕拉丁尼作用量,以得到第二类约束? 我们有否消除掉第二类约束,利用阿许提卡变量来得到循环量子引力,或者我们要做其他方案? 旋量场的存在可能迫使我们要从事卡坦形式或其他相当者的研究。

又或许我们我们应该关注微分同胚群表象,一如韦格纳关注庞加莱群表象一样。

[编辑]温伯格-维腾定理在量子场论中有则温伯格-维腾定理,对于复合重力/涌现重力方面的理论施加了一些约束条件。

霍金理论

1974年以后,他的研究转向量子引力论。

虽然人们还没有得到一个成功的理论,但它的一些特征已被发现。

例如,空间-时间在普郎克尺度(10^-33厘米)下不是平坦的,而是处于一种泡沫的状态。

在量子引力中不存在纯态,因果性受到破坏,因此使不可知性从经典统计物理、量子统计物理提高到了量子引力的第三个层次。

1980年以后,他的兴趣转向量子宇宙论。

2004年7月,霍金修正了自己原来的“黑洞悖论”观点错了,信息应该守恒。

本书的副题是从大爆炸到黑洞。

霍金认为他一生的贡献是,在经典物理的框架里,证明了黑洞和大爆炸奇点的不可避免性,黑洞越变越大;但在量子物理的框架里,他指出,黑洞因辐射而越变越小,大爆炸的奇点不但被量子效应所抹平,而且整个宇宙正是起始于此。

理论物理学的细节在未来的20年中还会有变化,但就观念而言,现在已经相当完备了。

霍金的生平是非常富有传奇性的,在科学成就上,他是有史以来最杰出的科学家之一,他的贡献是在他20年之久被卢伽雷病禁锢在轮椅上的情况下做出的,这真正是空前的。

因为他的贡献对于人类的观念有深远的影响,所以媒介早已有许多关于他如何与全身瘫痪作搏斗的描述。

所以说,上帝对每个人都是很公平的。

他有身体上的缺陷,可头脑聪明的很!尽管如此,译者(许明贤)之一于1979年第一回见到他时的情景至今还历历在目。

那是第一次参加剑桥霍金广义相对论小组的讨论班时,门打开后,忽然脑后响起一种非常微弱的电器的声音,回头一看,只见一个骨瘦如柴的人斜躺在电动轮椅上,他自己驱动着电开关。

译者尽量保持礼貌而不显出过分吃惊,但是他对首次见到他的人对其残废程度的吃惊早已习惯。

他要用很大努力才能举起头来。

在失声之前,只能用非常微弱的变形的语言交谈,这种语言只有在陪他工作、生活几个月后才能通晓。

他不能写字,看书必须依赖于一种翻书页的机器,读文献时必须让人将每一页摊平在一张大办公桌上,然后他驱动轮椅如蚕吃桑叶般地逐页阅读。

人们不得不对人类中居然有以这般坚强意志追求终极真理的灵魂从内心产生深深的敬意。

从他对译者私事的帮助可以体会到,他是一位富有人情味的人。

每天他必须驱动轮椅从他的家——剑桥西路5号,经过美丽的剑河、古老的国王学院驶到银街的应用数学和理论物理系的办公室。

该系为了他的轮椅行走便利特地修了一段斜坡。

在富有学术传统的剑桥大学,他目前担任着也许是有史以来最为崇高的教授职务,那是牛顿和狄拉克担任过的卢卡逊数学教授。

本书译者之一曾受教于霍金达四年之久,并在他的指导下完成了博士论文。

此书即是受霍金之托而译成中文,以供占人类五分之一的人口了解他的学说。

他还证明了黑洞的面积定理。

霍金的生平是非常富有传奇性的,在科学成就上,他是有史以来最杰出的科学家之一。

他担任的职务是剑桥大学有史以来最为崇高的教授职务,那是牛顿和狄拉克担任过的卢卡逊数学教授。

他拥有几个荣誉学位,是英国皇家学会会员。

他因患“渐冻症”(肌肉萎缩性侧索硬化症 卢伽雷氏症),禁锢在一把轮椅上达40年之久,他却身残志不残,使之化为优势,克服了残废之患而成为国际物理界的超新星。

他不能写,甚至口齿不清,但他超越了相对论、量子力学、大爆炸等理论而迈入创造宇宙的“几何之舞”。

尽管他那么无助地坐在轮椅上,他的思想却出色地遨游到广袤的时空,解开了宇宙之谜。

霍金的魅力不仅在于他是一个充满传奇色彩的物理天才,也因为他是一个令人折服的生活强者。

他不断求索的科学精神和勇敢顽强的人格力量深深地吸引了每一个知道他的人。

他被誉为“在世的最伟大的科学家”“另一个爱因斯坦”“不折不扣的生活强者”“敢于向命运挑战的人”。

[编辑本段]相关作品《时间简史续编》 作为宇宙学无可争议的权威,霍金的研究成就和生平一直吸引着广大的读者,《时间简史续篇》是为想更多了解霍金教授生命及其学说的读者而编的。

该书以坦白真挚的私人访谈形式,叙述了霍金教授的生平历程和研究工作,展现了在巨大的理论架构后面真实的“人”。

该书不是一部寻常的口述历史,而是对二十世纪人类最伟大的头脑之一的极为感人又迷人的画像和描述。

对于非专业读者,本书无疑是他们享受人类文明成果的机会和滋生宝贵灵感的源泉。

《霍金讲演录——黑洞、婴儿宇宙及其他》,是由霍金1976-1992年间所写文章和演讲稿共13篇结集而成。

讨论了虚时间、有黑洞引起的婴儿宇宙的诞生以及科学家寻求完全统一理论的努力,并对自由意志、生活价值和死亡作出了独到的见解《时空本性》80年前广义相对论就以完整的数学形式表达出来,量子理论的基本原理在70年前也已出现,然而这两种整个物理学中最精确、最成功的理论能被统一在单独的量子引力中吗?世界上最著名的两位物理学家就此问题展开一场辩论。

本书是基于霍金和彭罗斯在剑桥大学的6次演讲和最后辩论而成。

《未来的魅力》本书以史蒂芬·威廉·霍金预测宇宙今后十亿年前景开头,以唐·库比特最后的审判的领悟为结尾,介绍了预言的发展历程,及我们今天预测未来的方法。

该书文字通俗易懂,作者在阐述自己观点的同时,还穿插解答了一些有趣的问题,读来饶有趣味。

《果壳中的宇宙》该书是霍金教授继《时间简史》后最重要的著作。

霍金教授在这本书中,再次把我们带到理论物理的最前沿,在霍金教授的世界里,真理甚至比幻想更令人眼花缭乱,缤纷多彩。

霍金教授用通俗的语言解释制约我们宇宙的原理,并加之以他独特的热情,邀请我们一起进行宇宙之旅,做非凡的时空遨游。

《时间简史——从大爆炸到黑洞》(1988年撰写)霍金畅销书-《时间简史》这本书是霍金的代表作。

作者想象丰富,构思奇妙,语言优美,字字珠玑,更让人咋惊,世界之外,未来之变,是这样的神奇和美妙。

这本书至今累计发行量已达2500万册,被译成近40种语言。

在这本书中,霍金将试图勾勒出我们心目中的宇宙历史——从大爆炸到黑洞。

在第一讲里,他将简要地回顾过去关于宇宙的构想,并说明我们是如何得到目前的图像的。

这或许可以称之为宇宙史的历史。

第二讲将解释牛顿和爱因斯坦的两种引力理论为什么会都得出这样的结论——宇宙不可能是静态的,它不得不或是膨胀,或是收缩。

而这又意味着,在前200亿年到前100亿年之间,必定有某一时刻,那时宇宙的密度为无穷大,这就产生了所谓的大爆炸。

它可能就是宇宙的开端。

第三讲将谈谈黑洞。

黑洞是当某个巨大的星球,或者更大的天体,受其自身引力吸引而自行塌缩(塌陷并紧缩)时形成的。

根据爱因斯坦的广义相对论,任何蠢得掉进黑洞的傻瓜都会永远消失,他们将无法再逃出黑洞。

而有关他们的历史,则将到达一个奇点,一个痛苦的终点。

不过,广义相对论是经典理论——也就是说,它没有考虑量子力学的不确定原理。

第四讲将讲述量子力学如何允许能量从黑洞泄漏出来。

黑洞并不像人们所描绘的那样黑。

第五讲将把量子力学思想应用于大爆炸和宇宙的起源。

这就得出了这样的设想:时空可能在范围上有限,但没有边缘。

这或许类似于地球表面,但它多了两维。

第六讲将说明这个新的边界条件如何能解释这个问题:尽管物理学定律是时间对称的,但过去与未来为什么如此大不相同?最后,第七讲将讲述我们正如何试图找寻一种统一的理论,它能把量子力学、引力以及物理学中其他所有相互作用都包容在内。

如果我们做到了这一点,我们就真正理解了宇宙以及我们在其中的位置。

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