量子是现代物理的重要概念。即一个物理量如果存在最小的不可分割的基本单位,则这个物理量是量子化的,并把最小单位称为量子。
量子化现象主要表现在微观物理世界。
能量以及其他物理量诸如角动量、自旋、电荷等,都表现出这种不连续的量子化现象。这同以牛顿力学为代表的经典物理有根本的区别。
微观世界里的量子,除了表现出量子化特征,还表现出不确定特征。
也就是在微观世界里,量子的位置是不确定的,是跳跃的概率云。它们除了位置不确定,运动轨迹也不确定,不会从点A通过一条单一路径到达点B。
在量子力学中使用波函数预测一个粒子可能的特性,诸如它的位置和速度,而非确定的特性。
通过观测,我们知道了量子具有测不准的特性。
但是我们没有人知道,量子为什么会测不准。
用提出不确定原理的海森堡自己的话说:“在因果律的陈述中,即‘若确切地知道现在,就能预见未来’,所得出的并不是结论,而是前提。我们不能知道现在的所有细节,是一种原则性的事情。”
这个理由显然是苍白的,“不能预见未来”,这是谁规定的?
而且如果宇宙真的有不能预见未来的限制,那么对宏观物体是不是也应该不能准确测量。
量子测不准,本来是一种现象。
而且对于量子测不准的特性,因为缺乏对其原理的深入了解,我们并不能精确划分其应用场合。比如我们知道对于光子电子存在测不准现象,那么对于中子质子呢,测得准还是测不准呢?对于单个原子呢?测得准还是测不准呢?为什么?
当我们看到这种现象时,我们没有深入研究该现象出现内在原理,反而将其定义为一种原理,认为物理世界本来就是这样,本来就是测不准的。
将测不准现象定义为原理,其实就是我们在给自己洗脑:不是我们太落后,我们已经彻底了解了这个世界,世界的本质就是这个样,就是测不准的。
这种行为无异于鸵鸟遇到危险时将头埋进沙子里,不敢面对现实,自欺欺人。这样只会导致我们的科学停滞不前。

要探索量子的不连续特征与测不准特征,需要用到一些基础的理论,可以参见文章:
该文章主要观点如下,本文不再重复:
1:空间本身是一种与物质一样的客观存在,是物质的最稀薄形态,这种客观存在特征是具有体积和大小等规则。并且空间就是以太,以太就是空间本身。
2:空间并非连续的,而是离散的,不是无限密集无限可分,而是有最小单位。组成的空间最小单位为“空间质”,大小为普朗克长度。
3:时间并不是连续的,而是一帧一帧往前跳。对于每一帧而言,世界是静止的。
4:物体的运动是组成物体的原子存在于空间背景上,在经过一帧时后,出现在相邻的下一个空间质上的结果。
5、维度的本质是空间质在一个帧时上的运动自由度。物理上实际存在的四维空间拥有6个运动自由度,其中的客观存在为能量,能量可以理解为“物质状态的变化”。
首先,为何量子是一份一份,而不是连续变化?
参见上面的基础理论,无论空间还是时间,本身就是一份一份的,物理世界不存在绝对的连续,否则会出现逻辑漏洞(具体漏洞的详细信息及证明,请参见上面基础理论文章);
而量子是依托于空间而存在的,既然空间本身就是量子化的,量子理所当然也是量子化的。
其次,是量子为何会具有测不准的特征?

为了方便研究,我们将研究对象确定为光子。
光子是我们世界中一个常见的不能再常见的事物;
并且我们知道光子是量子,也具有测不准的特性。
现在我们提一个问题:光子到底是什么?
看起来是一个很简单的问题,但是我们翻遍科学书籍,貌似找不到这个答案。就算有一些介绍,也是模糊不清,很难让人明白,光子到底是什么?
为了寻找这个答案,我们从事实出发,一步一步探索光子的本质,并进一步研究其具属性,以及具有测不准特性的根本原因。
我们来看一个场景:阳光照在物体上。
我们对比一下场景开始与场景结束两个时间点,这个闭合系统中的客观存在(为了方便研究,我们把物体简化为原子):
场景开始的客观存在:原子+光子
场景结束的客观存在:原子(运动速度发生变化)
我们都知道,光子是一种客观存在,既然是客观存在,那么就不可能凭空消失。
但是,我们对比一下场景开始时与场景结束时的客观存在,可以发现:
场景结束时原先客观存在的光子不见了。
客观存在是不可能凭空消失的,唯一的可能是其出现了状态的变化,变成了另一种形态。
所以,通过场景开始与结束时的对比,我们可以得出结论:
光子=原子状态的变化
注意,是“原子状态的变化”,不是原子本身。
因为原子是构成物质的基本单位,所以我们可以对此结论进行进一步抽象:
物质状态的变化,是一种客观存在。
这是违反我们常识的。
在我们直接的感觉中,物质状态的变化只是一种状态变化,依赖于物质本身。
如果物质本身不存在了,那么其状态变化自然就不存在了,所以在我们的直觉中,物质状态的变化不可能是一种客观存在,只是一种状态的变化而已。
但是通过此案例我们可以证明,物质状态的变化,竟然真的是一种客观存在。
所以,我们的直觉经常会出现错误,我们不能对直觉感知结果过于顽固。
为了方便描述,我们将“物质状态的变化”命名为“能量”。
到此,我们可以得出:
能量“附着”在物质上的时候,被我们感知的结果是“物质状态的变化”;
能量“脱离”物质独立存在的时候,被我们感知的结果是电磁波(光);
电磁波与“物质状态的变化”,本质上是同一种事物(能量)的不同状态。
现在我们进一步研究,能量(物质状态的变化)还具有哪些特征。
对于物质,我们已经司空见惯,是“占据三维空间而存在”的一种事物。
如果对物质进行进一步抽象,则是 “占据三维空间的一个空间质点”。
那么,“物质状态的变化”,本质又会是什么?
我们可以这么去想象,如何从数学上可以完整描述“出现在三维空间任何一个空间质点的状态变化”?
有两个要点:三维空间中的质点,以及状态变化。
对于三维空间质点本身,数学表示可以是(x,y,z),即三维空间坐标。
对于“状态的变化”,需要考虑两个因素:状态变化方向,状态变化值大小。
其中“变化值大小”,此处我们不需要考虑,因为是量子,每个量子的大小是固定的。
我们需要考虑的是“状态变化方向”。
而要描述一个状态变化方向,则需要(u,v,w)三个坐标才可以完整描述。
所以,如果要完整描述“三维空间一个质点的状态变化”,需要三维空间坐标点(x,y,z)与状态变化向量方向(u,v,w)两个参数(不考虑变化值大小)。
这样,我们可以得出结论:对于能量的量子,至少需要6个坐标(x,y,z),(u,v,w),才能对其进行完整的描述。
既然从数学角度描述能量量子至少需要6个坐标,那么现实中的能量必然具有6个坐标,即:能量所在的空间拥有6个物理维度。
我们对拥有3个物理维度的空间已经司空见惯,而对拥有6个物理维度的空间我们则无法想象。
其实拥有6个物理维度的空间,就是四维空间。
三维空间中的客观存在,代表为物质原子,拥有3个坐标;
四维空间中的客观存在,代表为能量量子,拥有6个坐标。
从三维空间中观测能量,其表现就是“物质状态的变化”。
有人可能会纳闷,明明拥有6个物理维度,为何叫四维空间,而不叫六维空间?
原因是:
第1维,第2维其实是用来支撑第3维存在的,1维空间与2维空间只是数学理论中的存在,现实物理世界中并不存在1维空间与2维空间。
同理,第4维,第5维是用来支撑第6维的存在,现实的物理世界中并不存在只拥有4个物理维度与只拥有5个物理维度的空间。
现实物理世界只有拥有3个物理维度的空间,以及拥有6个物理维度的空间。
拥有3个物理维度的空间就是三维物质空间,拥有6个物理维度的空间就是四维能量空间。
而四维空间的概念早已在网上广为流传,在我们心中也早已深入人心,如果将拥有6个物理维度的能量空间命名为6维空间,很多人一定会很纳闷:4维空间与5维空间去哪里了?
为了方便沟通,与目前网上流传的四维空间概念一致,我们将拥有6个物理维度的能量空间命名为四维空间。
现在我们已经知道,能量量子具有6个坐标(x,y,z),(u,v,w);
然后我们在回过头,再看看光子到底是什么?会具有何种特性?
我们定义的“光子”,从概念上来说就是出现在三维空间(x,y,z)点的光;
而我们知道光是量子化的,由基本光量子组成,这样我们就可以得出结论:
“光子”是“出现在三维空间一个点(x,y,z)的所有光量子的合集”。
然后我们再结合前面“能量具有6个坐标”的结论,对光子本质进行进一步分析:
在(x,y,z)点的光子,拥有的所有光量子,具有相同的三维空间坐标(x,y,z),同时每个光量子还有自己另外三个不同的坐标(u,v,w)。
我们可以对这个结论进行一个形象的描述:在三维空间(x,y,z)点的光子,里面有一个隐藏空间(u,v,w),组成光子的所有光量子在这个隐藏空间中呈现正态分布。
这样,我们就可以完美解释为何光电效应与光的强度无关了。
因为所谓的“光的强度”,其本质是“组成光子的光量子数量”,而每个光量子的强度只与自身频率有关。
无论光的整体强度有多么的强,其实只是光量子数量变多了,每个光量子的能量强度并没有发生变化。
然后我们再来思考,为何光子会具有“测不准”的特性?
其实,我们对光子进行观测的时候,只观测到了其三维空间坐标(x,y,z)。
对组成光子的每个光量子而言,还有另三个坐标(u,v,w)。
这另外三个坐标可以理解为是“光量子与物质发生作用时产生的状态变化方向”,也可以理解为是该光量子在隐藏空间中的位置坐标。
因为我们对光量子的观测缺少了3个坐标,所以当然测不准。
所以,测不准并不是什么宇宙规则的限制,也不是物理世界本质就是如此,其实只是我们对光本质认识的缺失,以及我们观测手段的不足。
对于能量,组成能量的每个能量量子具有6个坐标。如果有一天,我们可以精确测量每个能量量子的另外3个坐标,那么能量量子对我们来说则不再测不准,而是如同物质原子一样,可以精确的进行测量。

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