土卫七引发的量子力学问题:混沌

土卫七引发的量子力学问题:混沌

土星有82颗卫星,其中之一Hyperion也就是我们俗称的土卫七。Hyperion的运动是混乱的,它绕土星一圈大约需要3个星期,绕自己的轴自转大约需要 5 天,但是轴的方向每隔几个月就会不规律地翻滚。从技术意义上讲,这种翻滚是混乱的,即使我们以最精确的方式测量Hyperion的位置和方向,我们也无法预测一年后轴的方向。

Hyperion的运动可以用广义相对论来理解,甚至可以用牛顿动力学和牛顿引力来理解。这些都是没有量子属性的理论,物理学家称这种没有量子特性的理论是“经典的”。但是对于那些认为量子力学确实是自然运作方式的人来说,Hyperion是一个令人头疼的问题。因为量子力学预测Hyperion的混沌运动不会持续超过 20 年,但它却持续了更长的时间。

自1950年代以来,人们就知道量子力学不能正确再现经典混沌系统的动力学。在量子力学中,我们用波函数来描述一切,而波函数通常用希腊字母ψ表示。在量子力学中,所有事物都有波函数:原子、猫和卫星。我们可以使用薛定谔方程及时计算波函数的变化。薛定谔方程是线性的,这意味着其中没有波函数的乘积。像这样具有线性方程的系统没有混沌,要产生混乱,我们需要非线性方程。

但是量子力学应该是所有物质的理论,所以我们应该能够使用量子力学来描述大型物体,对吧?如果我们这样做,我们应该会发现这些大物体的运动符合经典的非量子行为。这被称为“对应原理”,这个名称可以追溯到尼尔斯·玻尔。对应原理认为世界是统一的,当我们从微观放大到宏观,体系的行为应该从量子平缓过渡到经典。

但是如果我们看一个经典的混沌系统,比如土星的卫星,我们从量子力学得到的预测只与经典牛顿动力学在一定时间段内的预测一致,这个时间称为“埃伦费斯特时间”。在这段时间内,您实际上可以使用量子力学来研究混沌。但是在埃伦费斯特时间之后,量子力学给你的预测与我们观察到的不符。它会预测Hyperion的轴方向不会翻滚,基本上混乱在量子不确定性中被冲走。

物理学家也知道这个问题,他们想出了一个这样的解释。Hyperion离我们很远,那里发生的事情并不多,但它仍然与尘埃和光相互作用,或者更准确地说,与称为“光子”的光量子相互作用。这些都是非常微小的相互作用,但数量却很多,并且必须将它们添加到卫星的薛定谔方程中。这些微小的相互作用所做的是,它们将卫星与其环境、尘埃和光纠缠在一起。这意味着,每当一粒尘埃撞击卫星时,波函数的某些部分都会发生非常轻微的变化。

虽然那些小颠簸稍微改变了波函数部分的波峰和波谷,但薛定谔方程仍然是线性的,所以所有这些相互作用都不能解决预测与观察不一致的问题。问题的解决方案出现在论证的第二步。物理学家说,我们有了这个带有大量纠缠尘埃颗粒和光子的卫星的波函数。但是我们并不确切地知道这些尘埃是什么、它在哪里,或者光子做了什么等等。因此,如果我们不知道确切的细节,我们就会做我们总是做的事情:我们猜测细节可能是什么,然后我们对它们进行平均,这个平均值与经典牛顿动力学的预测一致。

但是这种解释有两个问题。一是它迫使你接受在没有灰尘和光的情况下,卫星不会遵循牛顿运动定律。更严重的问题是,取平均值不是一个物理过程,它不会改变月球所处的状态。

郑重声明:本文内容及图片均整理自互联网,不代表本站立场,版权归原作者所有,如有侵权请联系管理员(admin#wlmqw.com)删除。
用户投稿
上一篇 2022年8月16日 10:41
下一篇 2022年8月16日 10:41

相关推荐

  • 存储过程语法(sql server存储过程语法)

    今天小编给各位分享存储过程语法的知识,其中也会对sql server存储过程语法进行解释,如果能碰巧解决你现在面临的问题,别忘了关注本站,现在开始吧! oracle存储过程基本语法…

    2022年11月26日
  • 《战神5》混沌之火怎么获得?混沌之火获得方法一览

    战神5中一共有8个混沌之火,混沌之火可以用来升级玩家的武器,很多玩家想知道战神5混沌之火怎么获得,下面就带来战神5混沌之火获得方法一览,感兴趣的小伙伴一起来看看吧,希望能帮助到大家…

    2022年11月22日
  • 经典言情小说推荐(经典言情小说推荐完本现代高干)

    穿越小说和言情小说一直是备受欢迎的两个小说种类,而两个相结合的自然更是人气颇高,而且也出现了很多好看的小说,我根据穿越者的性别整理了八部经典好看的穿越言情小说下面就是这八部小说的简…

    2022年11月17日
  • 自己开业朋友圈经典句子(开业宣传朋友圈怎么发)

    今天分享的主题是药店开业如何做活动,以及怎样通过网络朋友圈对营销活动进行推广宣传,提高知名度。 我们做生意新开店,不管是开什么店,通常都会搞个开业活动,一是为了图个吉利,二是提升知…

    2022年11月14日
  • 2023TVB片单公布,你最期待哪部?

    11月11日,为庆祝TVB踏入55周年台庆,《无线节目巡礼 2023》在中国香港举行。逾 160 位艺员盛装出席,场面热闹。大会上,TVB发布了2023年即将上线的影视、综艺等片单…

    2022年11月12日
  • 经典国产电影(经典国产电影排行榜前十名世界排名)

    本文主要讲的是经典国产电影,以及和经典国产电影排行榜前十名世界排名相关的知识,如果觉得本文对您有所帮助,不要忘了将本文分享给朋友。 中国经典电影有哪些?求推荐。 中国经典电影有蛮多…

    2022年11月11日
  • 《战神5》混沌之刃技能加点推荐 双刀技能升级推荐

    战神5混沌之刃技能加点怎么加?很多玩家还不清楚双刀开局具体先升级什么技能好,双刀的技能非常酷炫,而且范围都很大。所以双刀技能优先级确实是一个问题,下面一起来看一下战神5混沌之刃技能…

    2022年11月9日
  • 粤语歌曲排行榜(粤语歌曲排行榜前100首)

    今天小编给各位分享粤语歌曲排行榜的知识,其中也会对粤语歌曲排行榜前100首进行解释,如果能碰巧解决你现在面临的问题,别忘了关注本站,现在开始吧! 百听不厌粤语经典歌曲排行榜 百听不…

    2022年11月8日
  • 16个基本导数公式(arctanx的导数是什么)

    反三角函数的定义值及值域这里简单总结了反三角函数的定义、其对应的三角函数、其定义域、值域,其后利用反函数求导法则完成了所有反函数求导公式的推导证明。不难看出上述推导过程其实都并不复…

    2022年11月6日
  • 相思入骨的诗句(思念一个人到极致的经典句子)

    思念一个人到极致的经典句子集锦 一. 青丝已换满白头,谁知此生几回眸。百转千回君不在,来世再与君相守。 二. 我不要这世间的繁华,你就是我的天下。此生有你,世间再无他。 三. 此情…

    2022年11月4日

联系我们

联系邮箱:admin#wlmqw.com
工作时间:周一至周五,10:30-18:30,节假日休息