薛定谔定律什么(薛定谔是什么梗比喻什么)

薛定谔定律什么(薛定谔是什么梗比喻什么)

在之前的文章中,我主要讲解了微观世界的不确定性和叠加性的概念,其中主要阐述了爱因斯坦对微观世界的理解,以及哥本哈根学派对微观世界的解释缩影。其实通过之前的几篇文章,我们可以看到,微观世界和我们的宏观世界确实有很大的不同。由于人类在宏观世界生活了几千年,一旦将积累的经验和直觉放到微观世界中,我们就会感到非常不可思议。但正如爱因斯坦提出狭义相对论一样,它也是一个非常反常识的理论,后来被证明是正确的。这也是人类第一次通过理性战胜直觉。

微观世界有几个奇特的现象,就是微观世界有“不确定性”,但同时我们也知道,不确定性并不代表不能研究,也不代表不能研究没有规律,因为微观的“不确定性”特性恰好就是微观世界的规律,所以我们只要掌握了这个规律,我们也可以研究微观世界,为人类服务。我们该如何描述这个规律呢?那就是薛定谔方程。

可以说,牛顿定律在宏观上几乎是无所不能的,所以“薛定谔方程”就是微观上的“牛顿力学”,只是微观下的大多数人都会没有直接看到,所以对于薛定谔的人感觉牛顿没有那么出名,所以下面正式给出薛定谔方程的形式。

乍一看,相信大部分朋友直接一头雾水,而且里面很多数学符号都很陌生。看了circ后立马乐。但是这里我还是想比较一下。之前写狭义相对论的时候,其实只要理解速度公式v=s/t,谁都能理解狭义相对论。但是广义相对论和薛定谔方程不是一般人能看懂的,因为要看懂这个方程,必须要学高等数学,里面有“二阶”、“偏微分”、“非线性”、“拉普拉斯算子”等很多概念, “定态”、“哈密顿量”、“复数”等等,陌生的概念太多,这里就不一一列举了,也不打算依次解释每个陌生的概念这里。因为之前写广义相对论的场方程的时候,很多网友都说很枯燥,所以我就简单说明一下这个方程是干什么用的。

首先你要明白,薛定谔方程的解是一个“函数”。请注意,我们以前解一个方程是为了求一个值,比如5x=20,我们可以计算出解x=4。但是你要明白,薛定谔方程的解不是一个定值,而是一个函数。该函数表示有 x 和 y。一旦x的值改变,y的值也会改变。比如函数y=x*2 3.

而且你要明白,薛定谔方程的解不只是一个函数,函数y是一个复数,不是实数.我们都知道实数可以是1、2、1/3,或者根号2等等,而复数可以是:1 3i(不知道复数是什么时候的可以查资料自己,这里就不解释了),要表示一个复数,必须用平面上的一个点,而不是数轴上的一个点,所以薛定谔方程的解,也就是波函数,它的 x 是数轴上的一个点,但 y 是平面上的一个点。由于y不是实数而是复数,所以这个解的函数图不好画,但是如果我们把y降维,只考虑实数上的函数图(即实函数image映射到实数平面上来)你会发现,其中x是一个粒子的位置,y的物理意义暂且不说。

其实因为我们的空间是三维的,刚才那个只是二维的,还有一个维度我们没有用到,所以为了看波浪的形象函数更直观,我们可以保留y,然后是复数域,那么函数就是三维图像,如下图,其中x仍然是一个粒子的位置信息,y的含义暂且不提存在。

请注意,这是一个三维的,所以你要把它当成三维的,不要把它看成一个平面,它像一个圆一样绕着x轴旋转圈圈,中间部分比较肥,两端比较细。

这里需要注意的是,薛定谔方程求解的波函数是一个与时间有关的函数,所以每个时刻都有一个像上面这样的函数,而且每个时刻的函数都不一样。因此,要完整地表达波函数,就相当于画出每个时刻的波函数图像,然后将所有的函数串起来,形成一个完整的波函数图像,如下图。

我们可以用波函数做什么?毫无疑问,就是预测粒子的未来,就像牛顿力学一样,我们可以根据抛出一个小球的初始信息,计算出未来任意时刻球的状态。但是,由于微观世界的不确定性,我们只能根据初始信息来计算一个微观粒子在未来某一时刻“处于某种状态”的概率。所以波函数的作用就是求“概率”。

上面所有波函数的图像其实就是一个微观粒子的“位置波函数”图像,因为横坐标x是粒子的位置,如果把横坐标x换成速度粒子,其实也可以获得微观粒子的“速度波函数”图像,后面会讲到。位置波函数自然用于预测微观粒子的位置信息。

当我们通过薛定谔方程求解一个位置波函数,那么当t=1时,就可以得出位置波函数,可以计算出粒子任意可能位置对应的概率值.当t=2时,这个位置的波函数会变成另一个,可以重新计算出粒子任意可能位置对应的概率值。所以想要知道粒子未来的状态,首先要知道你想知道的那一刻的状态,然后画出对应的位置波函数,求出粒子所有位置对应的概率.量子力学就是这样描述微观世界的。粒子未来行为的一种方式。

当然,本文只是对薛定谔方程的笼统解释。薛定谔方程的实际内涵远不止刚才说的那么多,这篇文章我有意不谈波函数Y的物理意义。之所以不说,是因为薛定谔自己也不知道这个Y的物理意义是什么。他只知道x坐标可以是粒子位置,也可以是粒子速度,所以有一句搞笑的话:薛定谔不懂“薛定谔方程”。至于这个Y是什么?谁对这个Y给出了正确的解释,我们下一期再说。

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薛定谔定律的介绍到此结束(薛定谔的比喻是什么)。

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