為什麽經典力學和量子力學會有矛盾？

經典力學是宏觀的，量子力學可以描述宏觀和微觀。量子力學是物理學的壹個分支，研究微觀粒子的運動規律。主要研究原子、分子、凝聚態物質、原子核和基本粒子的結構和性質的基礎理論。它和相對論壹起構成了現代物理學的理論基礎。量子力學不僅是現代物理學的基礎理論之壹，而且廣泛應用於化學和許多現代技術中。量子力學發展簡史量子力學是在舊量子理論的基礎上發展起來的。舊量子論包括普朗克的量子假說，愛因斯坦的光量子理論，玻爾的原子論。1900年，普朗克提出輻射量子假說，假設電磁場與物質之間的能量交換是以不連續的形式實現的(能量量子)，能量量子的大小與輻射頻率成正比，正比常數稱為普朗克常數，從而得出黑體輻射能量分布公式，成功解釋了黑體輻射現象。1905年，愛因斯坦引入了光子的概念，給出了光子的能量和動量與輻射的頻率和波長的關系，成功地解釋了光電效應。後來他提出固體的振動能量也是量子化的，從而解釋了低溫下固體的比熱。1913年，玻爾在盧瑟福核原子模型的基礎上建立了原子的量子理論。根據這個理論，原子中的電子只能在離散的軌道上運動，原子具有確定的能量。它所處的這種狀態叫做“穩態”，原子只能從壹個穩態向另壹個穩態吸收或輻射能量。雖然這壹理論有許多成功之處，但在進壹步解釋實驗現象方面仍有許多困難。在人們認識到光具有波粒二象性之後，為了解釋壹些經典理論無法解釋的現象，法國物理學家德布羅意在1923中提出了微觀粒子具有波粒二象性的假設。德布羅意認為:正如光具有波粒二象性壹樣，固體粒子(如電子、原子)也具有這種性質，即同時具有粒子性和漲落性。這個假設很快就被實驗證實了。由於微觀粒子具有波粒二象性，微觀粒子遵循的運動規律與宏觀物體不同，描述微觀粒子運動規律的量子力學也不同於描述宏觀物體運動規律的經典力學。當粒子尺寸從微觀變為宏觀時，其遵循的規律也從量子力學變為經典力學。量子力學與經典力學的區別首先表現在對粒子的狀態和力學量及其變化規律的描述上。在量子力學中，粒子的狀態用波函數來描述，波函數是坐標和時間的復變函數。為了描述微觀粒子狀態隨時間變化的規律，需要找出波函數所滿足的運動方程。這個方程是薛定諤在1926年首先發現的，它被稱為薛定諤方程。微觀粒子處於壹定狀態時，其力學量(如坐標、動量、角動量、能量等。)壹般都有壹系列的可能值，每個可能值都以壹定的概率出現。當粒子的狀態確定後，力學量具有某個可能值的概率就完全確定了。這是海森堡在1927中得到的測不準關系。同時，玻爾提出並合原理，對量子力學作了進壹步的解釋。量子力學和狹義相對論的結合產生了相對論量子力學。量子電動力學是通過狄拉克、海森堡和泡利的工作發展起來的。描述各種粒子場的量子場論從20世紀30年代開始形成，它構成了描述基本粒子現象的理論基礎。量子力學是在舊量子理論建立之後發展和建立起來的。舊的量子論為了解釋微觀領域的壹些現象，人為地對經典物理理論進行了修正或附加了壹些條件。因為舊的量子理論不盡如人意，人們在尋找微觀領域的規律時，從兩條不同的路徑建立了量子力學。1925年，海森堡只處理了基於物理理論的可觀測量的知識，拋棄了不可觀測軌道的概念，與玻恩和約爾丹建立了基於可觀測輻射頻率和強度的矩陣力學。1926年，薛定諤基於量子是微觀系統漲落的反映的認識，找到了微觀系統的運動方程，從而建立了波動力學，並在此後不久證明了波動力學與矩陣力學的數學等價性；狄拉克和約爾丹獨立發展了壹種普適變換理論，給出了量子力學簡明而完美的數學表達。量子力學的基本內容量子力學的基本原理包括量子態的概念，運動方程、理論概念和觀測物理量之間的對應規律和物理原理。在量子力學中，物理系統的狀態是用波函數來表示的，波函數的任意線性疊加仍然代表系統的壹種可能狀態。狀態隨時間的變化遵循壹個線性微分方程，該方程預測系統的行為，物理量由滿足壹定條件的算子表示，代表某種運算。測量壹個物理系統在某壹狀態下的物理量的運算，對應的是代表該量的算符對其波函數的作用；測量的可能值由算符的本征方程確定，測量的期望值由包含算符的積分方程計算。波函數的平方代表作為其變量的物理量出現的概率。根據這些基本原理和其他必要的假設，量子力學可以解釋原子和亞原子的各種現象。量子力學的解釋涉及很多哲學問題，核心是因果性和物理實在性。根據動力學意義上的因果律，量子力學的運動方程也是因果律方程。當系統在某壹時刻的狀態已知時，就可以根據運動方程預測它在任意時刻的未來和過去的狀態。但量子力學的預言與經典物理運動方程(粒子運動方程和波動方程)的預言在本質上是不同的。在經典物理理論中，壹個系統的測量不會改變它的狀態，它只有壹個變化，按照運動方程演化。因此，運動方程可以對決定系統狀態的力學量做出明確的預測。但是在量子力學中，系統的狀態有兩個變化。壹種是系統的狀態按照運動方程演化，是可逆的變化；另壹個是測量改變系統狀態的不可逆變化。所以量子力學對決定狀態的物理量不能給出確定的預言，只能給出取該物理量的值的概率。從這個意義上說，經典物理的因果定律在微觀領域已經失效。據此，壹些物理學家和哲學家斷言量子力學拋棄了因果律，另壹些則認為量子力學的因果律反映了壹種新型的因果律——概率因果律。在量子力學中，代表量子態的波函數是在整個空間中定義的，任何態的變化都是同時在整個空間中實現的。自20世紀70年代以來，關於遙遠粒子關聯的實驗表明，類空分離事件與量子力學的預言有關。這種相關性與狹義相對論的觀點相矛盾，狹義相對論認為物體之間的物理相互作用只能以不大於光速的速度傳播。因此，為了解釋這種相關性的存在，壹些物理學家和哲學家提出，在量子世界中存在著壹種全局的因果關系或全局的因果關系，它不同於基於狹義相對論的局部因果關系，可以作為壹個整體同時決定相關系統的行為。量子力學用量子態的概念來表示微觀系統的狀態，加深了人們對物理實在的認識。微觀系統的性質總是在與其他系統的相互作用中表現出來，尤其是觀測儀器。當人們用經典物理學的語言描述觀測結果時，發現微觀系統主要表現為不同條件下的波動圖像或粒子行為。量子態的概念表達了微觀系統與儀器相互作用產生波或粒子的可能性。量子力學表明，微觀物理現實既不是波，也不是粒子，真正的現實是量子態。實態分解為隱態和顯態是由測量引起的，這裏只有顯態才符合經典物理實的含義。微觀系統的現實性還體現在它的不可分性上。量子力學把研究對象及其環境看成壹個整體，不允許把世界看成由分離的、獨立的部分組成。遠粒子關聯實驗的結論也定量支持了量子態不可分的觀點。