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哥本哈根詮釋

指数 哥本哈根詮釋

哥本哈根詮釋(Copenhagen interpretation)是量子力學的一種詮釋。根據哥本哈根詮釋,在量子力學裏,量子系統的量子態,可以用波函數來描述,這是量子力學的一個關鍵特色,波函數是個數學函數,專門用來計算粒子在某位置或處於某種運動狀態的機率,測量的動作造成了波函數塌縮,原本的量子態機率地塌縮成一個測量所允許的量子態。 二十世紀早期,從一些關於小尺寸微觀物理的實驗裏,物理學家發現了很多新穎的量子現象。對於這些實驗結果,古典物理完全無法解釋。替而代之,物理學家提出了一些嶄新的理論。而這些理論能夠非常精確地解釋新發現的量子現象。但是,內嵌於這些經驗理論的,是一種關於小尺度真實世界的新模型。它們所給予的預測,常使物理學家覺得相當地反直覺。甚至它們的發現者都感受到極其驚訝。哥本哈根詮釋嘗試著,在實驗證據的範圍內,給予實驗結果和相關理論表述一個合理的解釋。換句話說,它試著回答一個問題:這些奇妙的實驗結果到底有什麼意義? 哥本哈根詮釋主要是由尼爾斯·波耳和維爾納·海森堡于1927年在哥本哈根合作研究时共同提出的。此詮釋延伸了由德国数学家、物理学家馬克斯·玻恩所提出的波函数的機率表述,之后发展为著名的不确定性原理。他們所提的詮釋嘗試要對一些量子力學所帶來的複雜問題提出回答,比如波粒二象性以及測量問題。此后,量子理论中的概率特性便不再是猜想,而是作为一条定律而存在了。量子论以及这条詮釋在整个自然科学以及哲学的发展和研究中都起着非常显著的作用。 哥本哈根詮釋給予了量子系統的量子行為一個精簡又易懂的解釋。1997年,在一場量子力學研討會上,舉行了一個關於詮釋論題的意向調查,根據這調查的結果,超過半數的物理學家對哥本哈根詮釋感到滿意;第二多的是多世界詮釋。雖然當前的傾向顯示出其它的詮釋也具有相當的競爭力,在20世紀期間,大多數的物理學家都願意接受哥本哈根詮釋。.

45 关系: 埃尔温·薛定谔守恒定律宇宙学實在論对应原理尼尔斯·玻尔不可知论不确定性原理一致性歷史詮釋交易詮釋德布罗意-玻姆理论單色光哥本哈根函数光速剑桥大学因果律玻爾-愛因斯坦之爭玻恩定則系綜詮釋索尔维会议約翰·貝爾經典物理學线性组合维尔纳·海森堡物理主义狭义相对论隱變數理論马克斯·玻恩阿尔伯特·爱因斯坦阿弗沙爾實驗量子力学量子力學詮釋量子退相干量子測量量子態自旋概率波函数波函數塌縮波粒二象性波普尔实验星系悖论放射性

埃尔温·薛定谔

埃尔温·魯道夫·尤則夫·亞歷山大·薛定諤(Erwin Rudolf Josef Alexander Schrödinger,),生于奥地利维也纳,是奥地利一位理论物理学家,量子力学的奠基人之一。1926年他提出薛定谔方程,为量子力学奠定了坚实的基础。他想出薛定谔猫思想實驗,试图证明量子力学在宏观条件下的不完备性。 1933年,因為“发现了在原子理论裏很有用的新形式”,薛定諤和英国物理学家保罗·狄拉克共同获得了诺贝尔物理学奖,以表彰他们发现了薛定谔方程和狄拉克方程。 他的父亲鲁道夫·薛定諤是生产油布和防水布的工厂主同时也是一名园艺家。他的母亲格鲁吉亚娜·艾米莉·布兰达是维也纳科技大学的教授亚历山大·鲍尔的女儿。.

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守恒定律

在物理學裏,假若孤立物理系統的某種可觀測性質遵守守恆定律(law of conservation),則隨著系統的演進,這種性質不會改變。 諾特定理是關於守恆定律的重要理論。諾特定理表明,每一種守恆定律,必定有其伴隨的物理對稱性。例如,伴隨著能量守恆的是物理系統對於時間的不變性。不論在空間的取向為何,物理系統的物理行為一樣,這性質導致角動量守恆。.

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宇宙学

宇宙學(英文:Cosmology)或宇宙論,這個詞源自於希臘文的κοσμολογία(cosmologia, κόσμος (cosmos) order + λογια (logia) discourse)。宇宙學是對宇宙整體的研究,並且延伸探討至人類在宇宙中的地位。雖然宇宙學這個詞是最近才有的,人們對宇宙的研究已經有很長的一段歷史,牽涉到科學、哲學、神秘学以及宗教。.

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實在論

實在論(realism),也譯為唯實論,西方哲學本體論的一種觀點,認為本體論中的現實(Reality),是獨立於人類感官、信仰、概念與想法之外的。 霍金看萬有理論 現今世界認為的實在論,與古希臘、或中古經院哲學所說的實在論,在內容上並不相同,有時甚至是相反的。 實在論者,承繼了古希臘哲學家柏拉圖的看法,他們相信,我們所相信為真實的一切都只是近似於真實的存在。人類感官所感受到的世界,只是真實的一種投射,並不是真實。.

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对应原理

對應原理(correspondence principle)表明,在大量子數極限下,量子物理對於物理系統所給出的預測應該符合經典物理的預測。更仔細地說,為了在微觀層級正確地描述物質而對於經典理論做出的任何修改,其所獲得的結果當延伸至宏觀層級時,必須符合通過多次實驗檢試的經典定律。 尼爾斯·玻爾於1920年表述出對應原理,但他先前於1913年在發展原子的玻爾模型時,就已經使用到這原理。 更廣義地,對應原理代表一種信念,即在大量子數極限下,新理論應該能夠在舊理論的工作區域內複製已建立的舊理論。 經典物理量是以可觀察量的期望值的形式出現於量子力學。埃倫費斯特定理展示出,在量子力學裏,可觀察量的期望值隨著時間流易的演化方式,這演化方式貌似經典演化方式。因此,假若將經典物理量與可觀察量的期望值關聯在一起,則對應原理是埃倫費斯特定理的後果。.

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尼尔斯·玻尔

尼尔斯·亨里克·达维德·玻尔(Niels Henrik David Bohr,),丹麦物理学家,1922年因“他對原子結構以及從原子發射出的輻射的研究”而榮获诺贝尔物理学奖。 玻尔發展出原子的玻尔模型。这一模型利用量子化的概念來合理地解释了氢原子的光谱。他还提出量子力学中的互补原理。20世纪20年代至30年代间量子力学及相关课题研究者的活动中心,哥本哈根大学的理论物理研究所(现名尼尔斯·玻尔研究所),也是由玻尔在1921年创办的。 20世纪30年代,玻尔积极帮助来自纳粹德国的流亡者。在纳粹德国占领丹麥后,玻尔与主持德国核武器开发计划的海森堡进行了一次著名会談。他在得知可能被德国人逮捕后,经由瑞典流亡至英国,並於該國参与了合金管工程。這是英国在曼哈顿计划中承擔的任務。战后,他呼吁各国就和平利用核能进行合作。他参与了欧洲核子研究组织及的创建,并于1957年成为的首任主席。为纪念玻尔,国际纯粹与应用化学联合会决定以他的名字命名107号元素,𨨏。.

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不可知论

不可知論(Agnosticism),或稱不可知主義,是一種哲學觀點,認為形而上學的一些問題,例如是否有來世、鬼神、天主是否存在等,是不為人知或者根本無法知道的想法或理論。不可知论包含着宗教怀疑主义,不像无神论者一样否认神的存在,只是認為人不能知道或確認其存在。不可知論者認為人類不可能得到真理,他們通常被算作非宗教的、世俗的,但是不一定沒有信仰。 不可知論者在現代工業化過程中人數顯著增加,在一些人口統計中,不可知論者常被認為是無神論者,或是沒有宗教,事實上一些有宗教信仰的人也可以是不知論者:一些人對於他的信仰未必堅定,但是受到社會風氣或自小的環境影響,他們把他們的宗教當作是常識或是信念與傳統文化等等。.

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不确定性原理

在量子力學裏,不確定性原理(uncertainty principle,又譯測不準原理)表明,粒子的位置與動量不可同時被確定,位置的不確定性越小,則動量的不確定性越大,反之亦然。對於不同的案例,不確定性的內涵也不一樣,它可以是觀察者對於某種數量的信息的缺乏程度,也可以是對於某種數量的測量誤差大小,或者是一個系綜的類似製備的系統所具有的統計學擴散數值。 維爾納·海森堡於1927年發表論文《論量子理論運動學與力學的物理內涵》給出這原理的原本啟發式論述,希望能夠成功地定性分析與表述簡單量子實驗的物理性質。這原理又稱為「海森堡不确定性原理」。同年稍後,嚴格地數學表述出位置與動量的不確定性關係式。兩年後,又將肯納德的關係式加以推廣。 类似的不确定性關係式也存在于能量和时间、角动量和角度等物理量之间。由於不確定性原理是量子力學的基要理論,很多一般實驗都時常會涉及到關於它的一些問題。有些實驗會特別檢驗這原理或類似的原理。例如,檢驗發生於超導系統或量子光學系統的「數字-相位不確定性原理」。對於不確定性原理的相關研究可以用來發展引力波干涉儀所需要的低噪聲科技。.

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一致性歷史詮釋

#重定向 一致性历史.

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交易詮釋

量子力學的交易詮釋(transactional interpretation of quantum mechanics, TIQM)是一種對於量子力學不尋常的詮釋方式,其將量子交互作用描述為駐波,此駐波是由延遲波(retarded wave,順著時間行進)以及超前波(advanced wave,逆著時間行進)的兩種波所構成。這種詮釋首先由於1986年提出。作者主張這樣的詮釋能夠幫助建立量子過程的直觀性,避免掉哥本哈根詮釋以及觀察者角色所帶來的哲學問題,並解決數個量子悖論。克拉默本人在西雅圖的華盛頓大學教授量子力學時採用交易詮釋。 麦克斯韦方程組允許延遲波與超前波的存在作為方程組的解是於1945年由理查·費曼與約翰·惠勒提出。他們兩人利用這個觀念來解決電子的問題。克拉默再度使用此兩種波的想法,用在他對量子理論的交易詮釋上。雖然一般的薛丁格方程式不允許超前解的存在,然而其相對論性的版本卻允許,因此將這樣的超前解用到交易詮釋上。 假設一粒子(比如一光子)由一處源頭發射出,可以跟兩個偵測器中的一者發生作用。根據交易詮釋,粒子源發射出一個尋常的(延遲的)波,順著時間行進,可稱作「出價波」(offer wave),當此波抵達兩個偵測器,每一個回應以一超前波,可稱作「確認波」(confirmation wave),逆著時間行進,回到粒子源。出價波與確認波的相位彼此關聯,透過建設性干涉,在發射與偵測兩事件間的時空區域形成一個具有完整振幅的波;也透過破壞性干涉在其他時空區域抵銷(也就是:在發射時空點「之前」以及吸收時空點「之後」)。出價波與確認波之間的交互作用程度決定了粒子撞擊到其中一個偵測器(而不是另外一個)的機率。在這樣的詮釋中,波函數坍縮不會出現在任何一個特定的時間點,而是「非時間性的」(atemporal),發生於整個交易過程——出價波與確認波發生交互作用所在的時空區域。這些波被視為在物理上是真實存在的,而不僅僅是用以記錄觀察者知識的數學道具——後者觀點則出現在其他一些量子力學詮釋中。 約翰·克拉默主張交易詮釋與阿弗沙爾實驗(Afshar experiment)結果相符,而哥本哈根詮釋與多世界詮釋則沒有如此特性。.

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德布罗意-玻姆理论

一般认为,德布罗意-玻姆理论是一种量子力学诠释。亦称因果性诠释(Causal Interpretation)、存在性诠释(Ontological Interpretation)、玻姆诠释、玻姆力学(Bohmian Mechanics),有时也不严格地与导航波理论(Pilot-Wave Theory)混同。需注意,该理论有多种未规范的命名并存。因使用者和语境的不同,命名指代的理论范围和强调的理论重点可能存在差异,或者命名可能指代该理论体系的不同发展阶段,虽然它们所指代的内容通常是相关联的。 德布罗意-玻姆理论是由路易·德布罗意初创,戴维·玻姆重新发现并与巴席·海利(Basil Hiley)等合作者做进一步扩展而成的理论。此理论在历史上曾因遭受强烈反对和广泛冷遇而两度沉寂(1920s-1950s, 1950s-1970s)。和当时的物理学界的主流态度成鲜明对比,約翰·貝爾是当时该理论的少数积极声援者之一。 德布罗意-玻姆理论是一种非局域的决定性的隐变量理论。在该理论中,微观粒子可以有确定的位置和动量,因此可以用明确的轨线(trajectory)描述其运动,但对于粒子位置和速度的测量,依然必须遵守不确定性原理。粒子接受波函数的引导,通过与量子势(Quantum potential)的交互作用,表现出非局域的整体性。波函数根据薛定谔波动方程演化,从不坍缩。该理论可以完全重现与传统统计性量子力学的相同的实验结果。.

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單色光

在物理學裏,單色光(monochromatic light)一般是指波長為單一值的電磁輻射。嚴格的說,並沒有任何光源,能夠製造出純單色光。雖然有些先進的雷射,能夠製造出線寬極窄的雷射光。這些雷射光的波長,也有一定的線寬(稱為光譜線寬(spectral linewidth))。實際上,經過濾光器過濾的光波,經過繞射光柵分離的光波,與雷射的光波都慣常地被稱為單色光。假若,一個光源散發出來的光波的線寬,比另一個光源,更為狹窄,則稱此光源更具有「單色光性」。單色光器是一種儀器,可以用來選擇特定波長的單色光。.

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哥本哈根

哥本哈根(København,)是丹麥的首都、最大城市及最大港口。座落於丹麥西蘭島東部,與瑞典的馬爾默隔松德海峽相望。 松德海峽大橋在2000年完工後,哥本哈根與瑞典的馬爾默可透過車輛和鐵路往來,促成了兩地人力資源的互相交流,每年利用松德海峽大橋的通勤人數不斷增長。此外大橋通車後也讓兩座城市之間形成北歐地區最大的城市群。 在2008年,《Monocle》雜誌將哥本哈根選為「最適合居住的城市」,並給予「最佳設計城市」的評價。哥本哈根在全球城市分類中被列為第二類世界級城市。此外哥本哈根在西歐地區獲選為「設置企業總部的理想城市」第三名,僅次於巴黎和倫敦。 哥本哈根城市建立之際的名稱為「Kjøbmandehavn」,意為「商人的港口」。英語「Copenhagen」的名稱來自於低地德語「Kopenhagen」,中文譯名也由此而来。.

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函数

函數在數學中為兩集合間的一種對應關係:輸入值集合中的每項元素皆能對應唯一一項輸出值集合中的元素。例如實數x對應到其平方x2的關係就是一個函數,若以3作為此函數的輸入值,所得的輸出值便是9。 為方便起見,一般做法是以符號f,g,h等等來指代一個函數。若函數f以x作為輸入值,則其輸出值一般寫作f(x),讀作f of x。上述的平方函數關係寫成數學式記為f(x).

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光速

光速,指光在真空中的速率,是一個物理常數,一般記作,精確值為(≈ m/s)。這一數值之所以是精確值,是因為米的定義就是基於光速和國際時間標準上的。根據狹義相對論,宇宙中所有物質和訊息的運動和傳播速度都不能超過。光速也是所有無質量粒子及對應的場波動(包括電磁輻射和引力波等)在真空中運行的速度。這一速度獨立於射源運動以及觀測者所身處的慣性參考系。在相對論中,起到把時間和空間聯繫起來的作用,並且出現在廣為人知的質能等價公式中:.

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剑桥大学

劍橋大學(University of Cambridge;勳銜:Cantab)為一所坐落於英國劍橋市的研究型書院聯邦制大學。劍橋為英語世界中歷史第二悠久的大學,前身是一個於1209年成立的學者協會。這些學者本為牛津大學的一員,但後因與牛津鎮民發生衝突而移居至此。這兩所古老的大學在辦學模式等多方面都非常相似,並經常獲合稱為「牛剑」。 劍橋大學由31所成員書院及6所學術學院組成。雖大學本身為公立性質,但享有高度自治權的書院則屬私立機構。它們有自己的管理架構、收生以及學生活動安排,工作有別於負責教研的大學中央。劍橋大學是多個學術聯盟的成員之一,亦為英國「金三角名校」及劍橋大學醫療夥伴聯盟的一部分,並與產業聚集地的發展息息相關。 除了各學系安排的課堂,劍橋的學生也需出席由書院提供的輔導課程。學校共設八間文藝及科學博物館,並有館藏逾1500萬冊的圖書館系統及全球最古老的大學出版社。除了學習,學生可加入各學會、學團及體育校隊,參與不同的課外活動。劍橋大學校友包括多位著名數學家、科學家、經濟學家、作家、哲學家。共有116位諾貝爾獲獎者、15位英國首相、10位菲爾茲獎得主、6位图灵奖得主曾為此校的師生、校友或研究人員。.

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因果律

#重定向 因果关系.

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玻爾-愛因斯坦之爭

波耳-愛因斯坦之爭是阿尔伯特·爱因斯坦和尼尔斯·玻尔之间关于量子物理的一系列著名的争论。这两个人與马克斯·普朗克被稱為旧量子论的奠基者。他们之间的争论也因为他们对于物理学的重要性而被载入史册。爱因斯坦认为,物理学应该能告诉他在公式背后的真实世界发生了什么。而玻尔只对公式本身感兴趣而不关心那潜在的现实世界中的事件。 爱因斯坦对于量子力学的持续而有力的批评促进了量子力学的发展,它迫使量子力学的支持者们加深了他们对量子力学的科学和哲学意义的理解。.

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玻恩定則

克斯·玻恩 在量子力學裏,玻恩定則是一個基礎公設。,是因原本提出這定則的物理學者馬克斯·玻恩而命名。它給定對量子系統做測量得到某種結果的概率,它與海森堡測不準原理將概率的概念引入量子力學,因此使得量子力學展現出其獨特的非決定性質。物理學者做實驗尚未發現任何違背玻恩定則的量子行為。 物理學者試圖從其它假定推導出玻恩定律,但結果都不具強而有力的說服力。例如,有些物理學者聲稱從多世界詮釋可以推導出玻恩定律,但他們給出的導引被批評為循環論證。對於玻恩定則的形式給出數學線索,但並沒有對於其概率行為顯示出物理曙光。 倚賴系統與環境之間的量子纏結引起的(環境輔助不變性,environment-assisted invariance)來推導出玻恩定則。在這裡,環境扮演了促使概率出現的關鍵角色。這也意味著祖瑞克的方法只適用於開放系統。不論如何,這是一種充滿想像力的點子,很具有未來發展的潛能。.

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系綜詮釋

系综诠释是量子力学的一种诠释,也是一种最小诠释,即它提出最少的假设来表述量子力学。系综诠释有时也被称为「统计诠释」,其核心是馬克思·玻恩對於波函數給出的統計詮釋。玻恩因此基礎研究榮獲諾貝爾物理學獎。 系综诠释表明,量子態能夠描述系綜的統計性質,但量子態不一定能完備地描述單獨量子系統的性質,例如,單獨粒子。在這裏,系綜指的是,理論而言,無窮多個以相同方法製備而成的系統,而單獨系統只的是其中任何一個系統。阿爾伯特·愛因斯坦是系綜詮釋的著名支持者之一,他主張, 至今為止,系綜詮釋的最有力發言者當屬西門菲莎大學物理學教授,他撰寫的教科書《量子力學的一種現代發展》(Quantum Mechanics, a Modern Development)對於系綜詮釋有很詳細的說明。 與許多其他種詮釋不同,系綜詮釋並不試圖從任何決定性程序對於量子力學給出辯解或導引,它也不會給出任何關於量子現像真實內秉性質的說明,它只是一種對於量子態的詮釋方法。.

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索尔维会议

索尔维国际物理学化学研究会(Institut International de Physique Solvay)是由比利时企业家欧内斯特·索尔维于1912年在布鲁塞尔创办的一个学会。此前一年他透过邀请举办了第一届国际物理学会议,即第一次索尔维会议(Conseils Solvay)。在此次成功之后,研究会继续负责邀请世界著名的物理学家和化学家对前沿问题进行讨论的会议。索尔维会议致力于研究物理学和化学中突出的前沿问题,每三年举办一次。第24届国际物理学索尔维会议2008年在布鲁塞尔举行,主题为:量子力学凝聚态。 由于前几次索尔维会议适逢20世纪10年代-30年代的物理学大发展时期,参加者又都是一流物理学家与化学家,使索尔维会议在物理学发展史上占有重要地位。.

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約翰·貝爾

約翰·斯圖爾特·貝爾(John Stewart Bell,),英國北愛爾蘭物理學家。最重要的貢獻為發展了量子力學中的貝爾定理。.

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經典物理學

-- 經典物理學所涉及的物理學領域通常是一些在量子力學與相對論之前發展出來的理論。經典物理學所概括的精確範圍必須依上下文而定。當研討狹義相對論時,經典物理學指的是在相對論之前的牛頓物理,也就是說,以在相對論與量子力學之前所發展出來的理論為基礎的物理學。當研討廣義相對論時,經典物理學指的是將狹義相對論納入考量後的牛頓物理。當研討量子力學時,它指的是包括狹義相對論與廣義相對論在內的非量子物理。換句話說,它指的是在所研討的物理領域之前形成的物理學。.

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线性组合

線性組合(Linear combination)是線性代數中具有如下形式的表达式。其中v_i为任意类型的项,a_i为标量。這些純量稱為線性組合的係數或權。.

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维尔纳·海森堡

维尔纳·海森堡(Werner Heisenberg,),德国物理学家,量子力学创始人之一,“哥本哈根学派”代表性人物。1932年,海森堡因為“创立量子力学以及由此导致的氢的同素异形体的发现”而榮获诺贝尔物理学奖。 他对物理学的主要贡献是给出了量子力学的矩阵形式(矩阵力学),提出了“不确定性原理”(又称“海森堡不确定性原理”)和S矩阵理论等。他的《量子论的物理学原理》是量子力学领域的一部經典著作。.

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物理主义

在哲学中,物理主义是本体论中“所有一切都是物理”的概念,同时“没有任何可以超越或在其之上”,或者说所有一切依附于物理而存在。物理主义是本体论中一元论的一种存在形式-一个“单独实体”的对自然真实世界的视角,这是与“双实体”(二元并存理念)和“多实体”(多元并存理念)所对立的世界观。不论“物理的”还是“物理主义”的含义的界定都有过争论。.

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狭义相对论

-- 狭义相对论(英文:Special relativity)是由爱因斯坦、洛仑兹和庞加莱等人创立的,應用在惯性参考系下的时空理论,是对牛顿时空观的拓展和修正。爱因斯坦在1905年完成的《論動體的電動力學》論文中提出了狭义相对论Albert Einstein (1905) "", Annalen der Physik 17: 891; 英文翻譯為George Barker Jeffery和 Wilfrid Perrett翻譯的(1923); 另一版英文翻譯為Megh Nad Saha翻譯的On the Electrodynamics of Moving Bodies(1920).

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隱變數理論

#重定向 隱變量理論.

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马克斯·玻恩

克斯·玻恩(Max Born,),德国物理学家与数学家,对量子力学的发展非常重要,同时在固体物理学及光学方面也有所建树。此外,他在20世纪20年代至30年代间培养了大量知名物理学家。1954年,玻恩因“量子力学方面的基础性研究,特别是给出波函数的统计解释”而获得诺贝尔物理学奖。.

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阿尔伯特·爱因斯坦

阿尔伯特·爱因斯坦,或譯亞伯特·爱因斯坦(Albert Einstein,),猶太裔理論物理學家,创立了現代物理學的兩大支柱之一的相对论,也是質能等價公式()的發現者。他在科學哲學領域頗具影響力。因為“對理論物理的貢獻,特別是發現了光電效應的原理”,他榮獲1921年諾貝爾物理學獎。這發現為量子理論的建立踏出了關鍵性的一步。 愛因斯坦在職業生涯早期就發覺經典力學與電磁場無法相互共存,因而發展出狹義相對論。他又發現,相對論原理可以延伸至重力場的建模。從研究出來的一些重力理論,他於1915年發表了廣義相對論。他持續研究統計力學與量子理論,導致他給出粒子論與對於分子運動的解釋。在1917年,愛因斯坦應用廣義相對論來建立大尺度結構宇宙的模型。 阿道夫·希特勒於1933年開始掌權成為德國總理之時,愛因斯坦正在走訪美國。由於愛因斯坦是猶太裔人,所以儘管身為普魯士科學院教授,亦沒有返回德國。1940年,他定居美國,隨後成為美國公民。在第二次世界大戰前夕,他在一封寫給當時美國總統富蘭克林·羅斯福的信裏署名,信內提到德國可能發展出一種新式且深具威力的炸彈,因此建議美國也盡早進行相關研究,美國因此開啟了曼哈頓計劃。愛因斯坦支持增強同盟國的武力,但譴責將當時新發現的核裂变用於武器用途的想法,後來愛因斯坦與英國哲學家伯特蘭·羅素共同簽署《羅素—愛因斯坦宣言》,強調核武器的危險性。 愛因斯坦總共發表了300多篇科學論文和150篇非科學作品。愛因斯坦被誉为是“現代物理学之父”及20世紀世界最重要科學家之一。他卓越和原創性的科學成就使得“愛因斯坦”一詞成為“天才”的同義詞。.

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阿弗沙爾實驗

阿弗沙爾實驗(Afshar experiment)是一項光學實驗,可能可以挑戰量子力學中的互補原理(principle of complementarity),雖然當前仍未有物理學方面的共識。此實驗是首先由伊朗科學家沙赫里亞爾·阿弗沙爾(Shahriar Afshar)於2001年設計與執行,其結果看起來與量子力學的標準預測相一致;不過據稱其違背了(Englert-Greenberger)恩格勒特格林伯格二元性關係。 Category:光學 Category:量子測量 Category:物理學實驗.

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量子力学

量子力学(quantum mechanics)是物理學的分支,主要描写微观的事物,与相对论一起被认为是现代物理学的两大基本支柱,许多物理学理论和科学,如原子物理学、固体物理学、核物理学和粒子物理学以及其它相关的學科,都是以其为基础。 19世紀末,人們發現舊有的經典理論無法解釋微观系统,於是經由物理學家的努力,在20世紀初創立量子力学,解釋了這些現象。量子力學從根本上改變人類對物質結構及其相互作用的理解。除透过广义相对论描写的引力外,迄今所有基本相互作用均可以在量子力学的框架内描述(量子场论)。 愛因斯坦可能是在科學文獻中最先給出術語「量子力學」的物理學者。.

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量子力學詮釋

量子力學已通過全面、嚴謹的實驗驗證,但應該如何詮釋這些實驗結果,從此又可對大自然的根本運作方式得出如何的結論,眾說紛紜。林林總總的理解方式,統稱為量子力學詮釋。諸多學派的爭議點包括,量子力學可否理解為決定性理論,量子力學的哪些方面是「真實存在」的,等等。 物理學家和物理哲學家都對這一問題特別關注。對量子力學的詮釋,一般被視為對量子力學之數學表述的詮釋,也就是為理論中的各個數學概念賦予現實的物理意義。.

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量子退相干

在量子力學裏,開放量子系統的量子相干性會因為與外在環境發生量子糾纏而隨著時間逐漸喪失,這效應稱為--(Quantum decoherence),又稱為--。量子退相干是量子系統與環境因量子糾纏而產生的後果。由於量子相干性而產生的干涉現象會因為量子退相干而變得消失無蹤。量子退相干促使系統的量子行為變遷成為經典行為,這過程稱為「量子至經典變遷」(quantum-to-classical transition)。德國物理學者最先於1970年提出量子退相干的概念。自1980年以來,量子退相干已成為熱門研究論題。 實際而言,不存在孤立系統,特別是不存在孤立宏觀系統,通過某種方式,每個量子系統都會持續地與外在環境耦合,發生量子糾纏,從而形成糾纏態。因此,量子退相干可以視為存在於量子系統內部的相干性隨著時間流易而退定域(delocalize)至量子系統與環境所組成的糾纏系統,換句話說,量子系統內部的幾個成分彼此之間的相位關係,會逐漸地退定域至整個系統,也就是說,量子系統的相位信息會持續地洩露至環境,從而有效地促使伴隨著相干性的干涉現象消失無蹤。 量子退相干能夠解釋為什麼不會觀察到干涉現象,但是,量子退相干能否解釋波函數塌縮的後果,這論題至今仍舊存在巨大爭議,一個很重要的原因就是,很難將這論題跟量子力學的詮釋做分割,而人們各自有各自青睞的詮釋。量子退相干是一種標準量子力學效應,關於它是否能夠解釋波函數塌縮的後果,存在有很多種觀點,大多數過於樂觀或過於悲觀的觀點,皆可追溯至對於量子退相干運作範圍的誤解。 量子退相干不是一種量子力學詮釋,而是利用量子力學分析獲得的結果。它嚴格遵守量子力學,並沒有對量子力學的基礎表述做任何修改。很多完成的量子實驗已證實量子退相干的存在與正確性。 在實現量子計算機方面,量子退相干是一種必須面對的挑戰,因為量子計算機的運作倚賴維持量子相干態的演化不被環境攪擾。簡言之,必需良好維持量子相干態與管控量子退相干,才能夠實際進行量子運算。.

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量子測量

在量子力學之中,所謂的「測量」需要有較嚴謹的定義,而特別稱之為量子測量。量子测量不同于一般经典力学中的测量,量子测量会对被测量子系统产生影响,比如改变被测量子系统的状态;处于相同状态的量子系统被测量后可能得到完全不同的结果,这些结果符合一定的概率分布。量子测量是量子力学解释体系的核心问题,而量子力学的解释目前还没有统一的结论。.

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量子態

在量子力學裏,量子態(quantum state)指的是量子系統的狀態。態向量可以用來抽像地表示量子態。採用狄拉克標記,態向量表示為右矢|\psi\rangle;其中,在符號內部的希臘字母\psi可以是任何符號,字母,數字,或單字。例如,在計算氫原子能譜時,能級與主量子數n有關,所以,每個量子態的態向量可以表示為|n \rangle。 一般而言,量子態可以是純態或混合態。上述案例是純態。混合態是由很多純態組成的機率混合。不同的組合可能會組成同樣的混合態。當量子態是混合態時,可以用密度矩陣做數學描述,這密度矩陣實際給出的是機率,不是密度。純態也可以用密度矩陣表示。 哥本哈根詮釋以操作定義的方法對量子態做定義:量子態可以從一系列製備程序來辨認,即這程序所製成的量子系統擁有這量子態。例如,使用z-軸方向的斯特恩-革拉赫實驗儀器,如右圖所示,可以將入射的銀原子束,依照自旋的z-分量S_z分裂成兩道,一道的S_z為上旋,量子態為|\uparrow\rangle或|z+\rangle,另一道的S_z為下旋,量子態為|\downarrow\rangle或|z-\rangle,這樣,可以製備成量子態為|\uparrow\rangle的銀原子束,或量子態為|\downarrow\rangle的銀原子束。銀原子自旋態向量存在於二維希爾伯特空間。對於這純態案例,相關的態向量|\psi\rangle.

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自旋

在量子力学中,自旋(Spin)是粒子所具有的内稟性質,其運算規則類似於經典力學的角動量,並因此產生一個磁場。雖然有時會與经典力學中的自轉(例如行星公轉時同時進行的自轉)相類比,但實際上本質是迥異的。經典概念中的自轉,是物體對於其質心的旋轉,比如地球每日的自轉是順著一個通過地心的極軸所作的轉動。 首先對基本粒子提出自轉與相應角動量概念的是1925年由、喬治·烏倫貝克與三人所開創。他們在處理電子的磁場理論時,把電子想象为一個帶電的球體,自轉因而產生磁場。後來在量子力學中,透過理論以及實驗驗證發現基本粒子可視為是不可分割的點粒子,所以物體自轉無法直接套用到自旋角動量上來,因此僅能將自旋視為一種内禀性質,為粒子與生俱來帶有的一種角動量,並且其量值是量子化的,無法被改變(但自旋角動量的指向可以透過操作來改變)。 自旋對原子尺度的系統格外重要,諸如單一原子、質子、電子甚至是光子,都帶有正半奇數(1/2、3/2等等)或含零正整數(0、1、2)的自旋;半整數自旋的粒子被稱為費米子(如電子),整數的則稱為玻色子(如光子)。複合粒子也帶有自旋,其由組成粒子(可能是基本粒子)之自旋透過加法所得;例如質子的自旋可以從夸克自旋得到。.

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概率

--率,舊稱--率,又称或然率、機會率或--、可能性,是数学概率论的基本概念,是一个在0到1之间的实数,是对随机事件发生之可能性的度量。 概率常用來量化對於某些不確定命題的想法"Kendall's Advanced Theory of Statistics, Volume 1: Distribution Theory", Alan Stuart and Keith Ord, 6th Ed, (2009), ISBN 978-0-534-24312-8,命題一般會是以下的形式:「某個特定事件會發生嗎?」,對應的想法則是:「我們可以多確定這個事件會發生?」。確定的程度可以用0到1之間的數值來表示,這個數值就是機率William Feller, "An Introduction to Probability Theory and Its Applications", (Vol 1), 3rd Ed, (1968),Wiley,ISBN 978-0-471-25708-0。因此若事件發生的機率越高,表示我們越認為這個事件可能發生。像丟銅板就是一個簡單的例子,正面朝上及背面朝上的兩種結果看來機率相同,每個的機率都是1/2,也就是正面朝上及背面朝上的機率各有50%。 這些概念可以形成機率論中的數學公理(參考概率公理),在像數學、統計學、金融、博弈論、科學(特別是物理)、人工智慧/機器學習、電腦科學及哲學等學科中都會用到。機率論也可以描述複雜系統中的內在機制及規律性。.

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波函数

在量子力學裏,量子系統的量子態可以用波函數(wave function)來描述。薛丁格方程式設定波函數如何隨著時間流逝而演化。從數學角度來看,薛丁格方程式乃是一種波動方程式,因此,波函數具有類似波的性質。這說明了波函數這術語的命名原因。 波函數 \Psi (\mathbf,t) 是一種複值函數,表示粒子在位置 \mathbf 、時間 t 的機率幅,它的絕對值平方 |\Psi(\mathbf,t)|^2 是在位置 \mathbf 、時間 t 找到粒子的機率密度。以另一種角度詮釋,波函數\Psi (\mathbf,t)是「在某時間、某位置發生相互作用的概率幅」。 波函數的概念在量子力學裏非常基礎與重要,諸多關於量子力學詮釋像謎一樣之結果與困惑,都源自於波函數,甚至今天,這些論題仍舊尚未獲得滿意解答。.

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波函數塌縮

#重定向 波函数坍缩.

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波粒二象性

波粒二象性示意圖說明,從不同角度觀察同樣一件物體,可以看到兩種迥然不同的圖樣。 在量子力學裏,微观粒子有时會显示出波动性(这时粒子性較不显著),有时又會显示出粒子性(这时波动性較不显著),在不同条件下分别表现出波动或粒子的性质。這種稱為波粒二象性(wave-particle duality)的量子行為是微观粒子的基本属性之一。 波粒二象性指的是微觀粒子顯示出的波動性與粒子性。波動所具有的波長與頻率意味著它在空間方面與時間方面都具有延伸性。而粒子總是可以被觀測到其在某時間與某空間的明確位置與動量。採用哥本哈根詮釋,更廣義的互補原理可以用來解釋波粒二象性。互補原理闡明,量子現象可以用一種方法或另外一種共軛方法來觀察,但不能同時用兩種相互共軛的方法來觀察。.

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波普尔实验

波普尔实验是由哲学家卡尔·波普尔提出的实验。 在1934年,波普尔对哥本哈根解释,一种流行的量子力学主观解释,产生了怀疑,并提出了一个实验来检验它。 波普尔的实验是对一种争议说法的具体化,类似于阿爾伯特·愛因斯坦、鮑里斯·波多爾斯基和納森·羅森提出的EPR佯謬思想实验。.

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星系

星系(galaxy),或譯為銀河,源自於希臘语的「γαλαξίας」(galaxias)。廣義上星系指無數的恆星系(當然包括恆星的自體)、塵埃(如星雲)組成的運行系統。參考我們的銀河系,是一個包含恆星、星團、星雲、氣體的星際物質、宇宙塵和暗物質,並且受到重力束縛的大質量系統,通常距離都在幾百萬光年以上。星系平均有數百億顆恆星,是構成宇宙的基本單位。。典型的星系,從只有數千萬(107)顆恆星的矮星系到上兆(1012)顆恆星的橢圓星系都有,全都環繞著質量中心運轉。除了單獨的恆星和稀薄的星際物質之外,大部分的星系都有數量龐大的多星系統、星團以及各種不同的星雲。 歷史上,星系是依據它們的形状分類的(通常指它們視覺上的形狀)。最普通的是橢圓星系,有橢圓形狀的明亮外觀;螺旋星系是圓盤的形狀,加上彎曲的塵埃旋渦臂;形狀不規則或異常的,通常都是受到鄰近其他星系影響的結果。鄰近星系間的交互作用,也許會導致星系的合併,或是造成恆星大量的產生,成為所謂的星爆星系。缺乏有條理結構的小星系則會被稱為不規則星系。 在可以看見的可觀測宇宙中,星系的總數可能超過一千億(1011)個以上。大部分的星系直徑介於1,000至100,000秒差距,彼此間相距的距離則是百萬秒差距的數量級。星系際空間(存在於星系之間的空間)充滿了極稀薄的電漿,平均密度小於每立方公尺一個原子。多數的星系會組織成更大的集團,成為星系群或團,它們又會聚集成更大的超星系團。這些更大的集團通常被稱為薄片或纖維,圍繞在宇宙中巨大的空洞週圍。 雖然我們對暗物質的了解很少,但在大部分的星系中它都佔有大約90%的質量。觀測的資料顯示超大質量黑洞存在於星系的核心,即使不是全部,也佔了絕大多數,它們被認為是造成一些星系有著活躍的核心的主因。銀河系,我們的地球和太陽系所在的星系,看起來在核心中至少也隱藏著一個這樣的物體。.

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悖论

悖論,亦稱為弔詭或詭局,是指一种导致矛盾的命题。通常从逻辑上无法判断正确或错误称为悖论,似非而是称为佯谬;有时候违背直觉的正确论断也称为悖论。悖论的英文paradox一詞,来自希腊语παράδοξος ,paradoxos,意思是“未预料到的”,“奇怪的”。 如果承认它是真的,经过一系列正确的推理,却又得出它是假的;如果承认它是假的,经过一系列正确的推理,却又得出它是真的。古今中外有不少著名的悖论,它们震撼了逻辑和数学的基础,激发了人们求知和精密的思考,吸引了古往今来许多思想家和爱好者的注意力。解决悖论难题需要创造性的思考,悖论的解决又往往可以给人带来全新的观念。 paradox其實亦有“似非而是”的解釋。即是用普通常識看上去不正確,但其實是正確或是有可能的。例如“站著比走路更累”。一般常識是走路比站著累,但要一個人例如在公園裡站一個小時,他可能寧願走動一個小時。因為“站著比走路更累”。也例如狹義相對論裡面的雙生子佯謬亦是另外一個例子。 佛法中也有釋迦牟尼佛破外道悖論的例子:如《大智度論》卷一中舉出長爪梵志的例子:長爪梵志提倡一種“一切法不受”的主張,其意思是說他不接受世間一切理論。釋迦牟尼佛就問他:「你接不接受你自己所建立的這個“一切法不受”的理論?」長爪梵志像一匹千里馬一樣有智慧,不必等到鞭子打到身上才起跑,只看到鞭影覺悟了。換句話說,當釋迦牟尼佛提出這個問題的時候,長爪梵志就知道自己的理論是有問題的──如果接受,那就是“接受一種理論”這與他自己建立的“一切法不受”的主張違背;如果不接受,那他的主張就不存在。就這樣,一方面顯示長爪梵志的理論是一種悖論,另一方面也突顯釋迦牟尼佛以非常簡短的開示就把長爪梵志折服了。.

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放射性

放射性或輻射性是指元素從不稳定的原子核自发地放出射线,(如α射线、β射线、γ射线等)而衰变形成穩定的元素而停止放射(衰变产物),這種現象稱為放射性。衰变时放出的能量称为衰变能量。原子序數在83(鉍)或以上的元素都具有放射性,但某些原子序數小于83的元素(如锝)也具有放射性。而有趣的是,從原子序84開始一直到鉳元素有以下特性:原子序是偶數的,半衰期都比相邻的长。这是由於原子序数为偶數的元素的原子核含有適當數量的質子和中子,能够形成有利的配置結構。〈即魔數〉 對單一原子來說,放射性衰变依照量子力學是隨機過程,無法預測特定一個原子是否會衰变。不過原子衰变的機率不會隨著原子存在的時間長短而改變。對大量的原子而言,可以用量測衰變常數計算衰變速率及半衰期。其半衰期沒有已知的時間上下限,範圍可以到55個數量級,短至幾乎瞬間,長至久於宇宙年齡。 有許多種不同的放射性衰变。衰变或是能量的減少都會使有某種原子核的原子(父放射核素)轉變為有另一種原子核的原子,或是其中子或質子的數量不同,稱為子體核素。在一些衰变中,父放射核素和子體核素是不同的化學元素,因此衰变後產生了新的元素,這稱為核嬗变。 最早發現的衰变是α衰變、β衰變、γ衰變。α衰變是原子核放出α粒子(氦原子核),是最常見釋放核子的衰變,不過原子核偶爾也會釋放質子,或者釋放其他特殊的核子(稱為)。β衰變是原子核釋放電子(或正子)及反微中子,會將質子轉變為中子(或是將中子轉變為質子) 。核子也可能捕獲軌道上的電子,使質子轉變為中子,這為電子捕獲,上述的衰变都屬於核嬗变。 相反的,也有一些核衰变不會產生新的元素,受激態原子核的能量以伽馬射線的方式釋出,稱為伽馬衰变,或是將激发态原子核将能量转移至轨道电子上,轨道电子再脱离原子,稱為。若是核子中有大量高度受激的中子,有時會以中子發射的方式釋放能量。另外一種核衰变是將原來的原子核變為二個或多個較小的原子核,稱為自發性的核分裂,出現在大量的不穩定核子自發性的衰变時,一般也會釋放伽馬射線、中子或是其他粒子。 著名的例子像是鈾和釷,但也包括在自然界中,半衰期長的同位素,例如钾-40。例如15種是半衰期短的同位素,像鐳及氡,是由衰變後的產物,也有因為而產生的,像碳-14就是由宇宙射線撞擊氮-14而產生。放射性同位素也可能是因為粒子加速器或核反應爐而人工合成,其中有650種的半衰期超過一小時,有數千種的半衰期更短。.

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