物理学的“宏观”和“微观”之间,是否存在一个界限?

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物理学的“宏观”和“微观”之间,是否存在一个界限?

2023-09-02 11:57| 来源: 网络整理| 查看: 265

我们认知中的宏观,可能只是更大宇宙尺度下的“微观”,古人说得“一山更有一山高”在这里很合适。抛开哲学上的宏观和微观,再来讨论一下物理学中的“微观”。

人类对于微观的了解和探索起源于显微镜的发明,直到显微镜问世后,科学家才知道在我们肉眼不可见的区域还存在更小的生物和物质。随着科学的进步,电子显微镜问世,人类可以观察更加微观的世界。

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而在物理学领域,经典力学一直长盛不衰,直到20世纪开始,量子力学和相对论问世,物理学家才发现,我们生活的宏观世界中的物理规律并不适用于宇宙中的全部情况,在物体高速运动时,我们熟悉的经典力学就会失效。

其次,在微观的量子世界中,微观粒子的运动规律和宏观世界完全不同,并且微观世界中隐藏着超乎想象的庞大能量(核能源和反物质),因此物理学的发展方向开始转向微观的量子领域。

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那么在物理学中,是否存在一个宏观和微观的明确界限呢?如果非要给出一个分界线,普遍认为粒子物理学中对于物质尺度的认知就是宏观和微观的差别,也就是大于1纳米的物质属于宏观,小于1纳米的物质就属于微观领域。

但是,物理学中并不存在一个绝对的界限,在人类的科学体系中宏观和微观都是“相对”的,在不同的情况下不同的对比对象中,宏观和微观的概念是可以混淆的。自从量子力学诞生,科学家就对量子力学的基础和解释感到不满意,因为量子力学中会出现一些宏观世界中不会出现的物理现象。

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在微观世界中,“不确定性”是绝对的主角,一些微观粒子可以凭借不确定性原理完成“不可能完成的任务”,比如“量子隧穿效应”中,即使量子具备的能量不足以越过某个能量壁垒,量子仍然可以概率性的越过能量限制。

就像是现实世界中的“穿墙术”,理论上来说,只要撞墙的次数足够多,确实有几率实现“穿墙”,只不过几率很小很小,几乎可以忽略。但是在微观世界中,单个粒子实现“穿墙”的概率并不低,正是因为量子隧穿效应,我们现在的宇宙才能从宏观的角度实现稳定。

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量子可以是粒子,也可以是波,甚至可以两种状态同时存在,只有观察者去观察时,量子的状态才可以被确定。因为观察者的观察肯对会到被观察的系统产生影响,但是在产生影响后,可以保持一个量子系统处于稳定状态。

量子世界中的“不确定性”并不影响我们宏观世界中的“确定”,科学家一直想解释微观世界中的“不确定”,而宏观和微观之间的差距可能是关键,在什么尺度下,量子的不确定性会“失效”?就像是“薛定谔的猫”这个思想实验,巧妙地让镭的衰变和猫咪的生死结合在一起,向人类展示了量子力学的不确定性。

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总的来说,宏观和微观中的界限是为了帮助我们更好地理解两者之间的概念,而物理学中的“微观”指的是我们暂时无法解决的量子力学难题,把宏观和微观分开,可以有效防止薛定谔的猫这样的悖论产生。

我们理解的宏观,可能是宇宙其他生物的微观,我们理解的微观可能是渺小生物的微观,对于人类来说,目前的任务还是解决量子力学中的难题更重要一些。返回搜狐,查看更多



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