薛定谔方程为什么称为微观世界的“牛顿力学”
我们都知道薛定谔这个人,因为他提出了一个非常著名的思想实验“薛定谔的猫”,但是对于薛定谔最大的贡献,很多人都不知道,其实薛定谔最大的贡献在于发现了“薛定谔方程”。那么这个方程为什么称为最大的贡献呢?今天我就来说说这个问题。
首先在宏观世界里面,有什么理论可以说适用范围非常广呢?那无疑就是牛顿力学,牛顿凭借其出色的运动三定律,可以计算出宏观物体未来任意时刻的运动状态,使得未来对我们来说具有可见性,所以对我们如今的技术影响非常大。
如果说宏观世界是牛顿力学的天下,那么微观世界是谁的天下,那就是薛定谔方程的天下,因为薛定谔方程就是微观世界的“牛顿力学”。
首先描述一个宏观物体有一个前提条件,那就是需要获取到物体的初始速度和位置,然后根据物体所处的客观条件,就可以推演出将来物体的运动状态。但是到了微观世界,你会发现牛顿力学没法用,因为你根本就无法同时获取一个微观粒子的初始位置和速度。也就是海森堡不确定性原理,任意一个时刻,微观粒子的速度和位置信息,你只能二选一拿其中一个,另外一个是拿不到的,所谓鱼和熊掌不可兼得。
所以既然微观世界获取不到初始信息,牛顿力学自然也就不能用,那么取而代之的就是“薛定谔方程”,这个方程最大的好处在于,不需要同时获取到微观物体的速度和位置,也能对微观粒子的未来做预测。但是薛定谔方程对未来的预测风格,和宏观世界的牛顿力学不同。
薛定谔方程预测未来是用概率来解释,比如说通过薛定谔方程,我们可以计算出一个电子未来3秒时处于x=10这个位置的概率是30%,速度是20m/s的概率是40%。也就是说薛定谔方程只能谈概率,不谈确定值。
为什么会出现这种情况呢?是不是因为薛定谔方程不够完善,所以无法对微观粒子做确定性表达呢?其实不是,因为微观世界里的所有物体本来就不确定。什么叫本来就不确定,就是说你无法同时获取微观粒子的位置和速度,并不是因为你的理论不够先进,也不是测量技术不够牛逼,真正的原因是微观粒子本来就没有同一时刻的位置和速度。
所以既然微观粒子本来就不可能同时拥有准确的速度和位置,你也就不可能通过物理学探索,找出一个牛逼方程,用这个方程对微观粒子未来做精准预测。我是小彭来给您解惑。
文章来源:《实验力学》 网址: http://www.sylxzz.cn/zonghexinwen/2021/0212/450.html