有比量子力学更好的理论吗?

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当我们在量子力学中得知一个粒子可以同时出现在多个地方时,一种可能的反应是什么?或者是星系中相互远离的粒子可以瞬间协调它们的行为?人们可能会突然想到量子力学可能是错误的。量子力学是否错误的问题可以通过将其一分为二来更容易解决:

问题1:量子力学方程错了吗?

这个问题的答案是一个合格的,不。量子力学方程在预测原子和亚原子粒子实验结果时具有极高的准确性。

量子力学有可能是错的吗?

如果一个科学理论对物理宇宙行为的预测是错误的,那么这个理论就是错误的。自1900年以来,物理学家一直使用量子力学原理成功地预测实验结果。

量子力学有可能是错的吗?

自1900年马克斯·普朗克(Max Planck)启动量子场以来,物理学家对量子力学描述的微小粒子——原子及其组成部分——进行了数千次实验。最重要的实验可能是双缝实验。但是在激光,放射性,粒子加速器等方面已经有了无数的实验。需要量子力学方程来预测所有这些类型实验的结果。一本关于科学哲学的书这样描述量子力学的准确性:

量子理论的许多预测都得到了验证,其精确性如此惊人,以至于费曼(诺贝尔物理学奖得主)将其比作精确地测量了一根头发的宽度,即纽约和洛杉矶之间的距离。基于这些惊人成功的预测,量子理论,或它的某些版本,似乎是我们所知道的一切都是正确的

相比之下,牛顿的经典力学定律并不能准确地预测量子物理实验的结果。

量子力学的方程式也用于创造今天所有的电子产品——计算机、激光、手机、核磁共振成像等等。这些方程使科学家能够控制电子等亚原子粒子(如计算机)和控制光(如激光)。

问题2:量子力学方程的解释是错误的吗?

那么,这是否意味着一个粒子可以同时存在于多个地方呢?不,不一定。同时存在于多个地方是对量子力学的数学方程所告诉我们的现实本质的一种解释。具体来说,它是量子力学的哥本哈根解释,最初的解释**发展于20世纪20年代和30年代。

哥本哈根解释通常是在大学里教的。通常,它被教得就像量子力学一样。学生们可能会有这样一种错误的想法,即现实本质的方程只有一种可能的意义。虽然它导致人们说一个粒子可以在同一时间出现在多个地方,但这实际上是一种错误的描述。哥本哈根会议确实表明,在探测到一个粒子之前,我们不可能知道它在哪里,科学家也不应该问。这种错误的描述和真实的陈述都不能使我满意。量子力学的其他解释

量子力学有超过20种解释:哥本哈根、许多世界、波哈米亚、交易等。其中很多是矛盾的。

量子力学有可能是错的吗?

许多世界的解释,作为一个极端的例子,提供了量子力学方程的一个完全不同的解释。“多世界”解释假设有无数个宇宙。在每个宇宙中,粒子在任何时刻都只有一个位置。在我们所居住的宇宙中,我们可以找到它的位置。其他宇宙的居民也可以。

de Broglie-Bohmian的解释也假设粒子只有一个位置,但并不极端地假设有无限个宇宙。它设想了一种新型的能量波,像冲浪者一样带着粒子前进。

量子力学有可能是错的吗?

事务性解释认为粒子在被探测之前存在于现实的波状子层中。这种波动的现实遵循量子定律。根据这些定律,概率相互作用,决定在物理现实中出现什么。只有经过检测,一个真实的粒子才会进入物理现实。

事务性解释的一个很好的类比是冰山。在我们的物理现实中,我们看到的只是冰山一角。但水下有很多事情要做。

量子力学有可能是错的吗?

有比量子力学更好的理论吗?

这是我回答“不,量子力学不可能是错的”的条件。科学的历史告诉我们,量子力学的方程式很可能有一天会被取代。量子力学可能是一种很好的近似;但也许有更接近真相的东西。

牛顿的万有引力定律就是这样。近300年来,物理学家们一直认为牛顿关于引力强度的方程是宇宙的基本真理。结果是,这只是一个很好的近似。当大质量的物体靠得很近时,这种不精确性就变得显而易见了。因此,不能用它来精确计算水星绕太阳的轨道。两者都是质量很大的天体,水星是离太阳最近的行星。相比之下,爱因斯坦的广义相对论可以计算出水星的轨道。这是一个更加精确的理论,在科学家中,它已经取代了牛顿引力方程。

但是牛顿的方程已经足够精确,可以用来设计20世纪的登月。它继续被用于桥梁和道路的工程。它比广义相对论的方程要简单得多。牛顿方程对于这类工程项目来说已经很接近了。

我们已经有理由相信,量子力学终有一天会被另一组方程式所取代。当物理学家试图将量子力学方程式与广义相对论方程式结合起来时,他们会得到毫无意义的答案。也就是说,有时方程的结果是“无穷大”。“无穷大不是一个数字,所以它对物理学家毫无用处。当无穷大作为一个方程的答案出现时,就意味着有些地方出了问题。例如,有人除以了0或者犯了其他数学错误。

如果物理学家们发展出一个与广义相对论完美结合的更精确的理论,毫无疑问,他们将站在量子力学的肩膀上。同时,看看量子力学给我们的所有电子玩具!量子力学是一个有用的理论吗?

也许有一天我们会发现量子力学并不是完全准确的。但我一开始就提出了一个比量子力学的准确性更重要的问题:量子力学有用吗?当然,这对开发电子产品非常有用。但是它对促进科学理解有用吗

牛顿的万有引力定律被证明是不准确的,但它几百年来一直有用,直到今天仍然有用。它不仅对向月球发射火箭有用,而且对科学的发展也有用。

牛顿的引力方程促进了许多科学分支的发展:天文学、材料科学、地质学等。这是一个非常富有成效的方程,它使许多种类的科学家取得了跳跃式的进步。所以,虽然不完全准确,但它已经非常富有成效。

但不仅牛顿的方程是有效的,他的解释(质量吸引质量)也是有效的。爱因斯坦用广义相对论证明了这种解释是错误的。尽管如此,牛顿的解释还是产生了许多伟大的成果,包括天文学。

假设质量吸引质量的天文学家能够创造出关于天空中可能发生的事情的新理论。当观测显示天王星并没有遵循牛顿定律所规定的轨道时,天文学家们就想,“质量吸引质量——也许是另一个质量在吸引天王星,并将其拉离预期轨道。”在19世纪中叶,他们用望远镜寻找那个质量,发现了海王星。

这种模式在科学领域一再重复。有些人观察到一些东西,然后用一个方程来描述他们的观察结果。他们解释了为什么这个方程适用于解释现实的本质,例如,质量吸引质量。这让他们思考如果他们要做一个新的观察或者做一个新的实验,他们会观察到什么。实验/观察告诉他们新事物。这个公式被精炼甚至被取代,科学知识也在以更精确的方式覆盖更多的现象

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