牛顿定律在微观世界有效吗?是在宏观上成立的吗?
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牛顿定律的核心是三大运动定理及万有引力定理,由它为基础而构建的宇宙观被称为经典物理学,主要由分析力学、电动力学及统计力学构成。现在我们已经知道牛顿定律只适合于描述低速、宏观及弱引力的世界,超越部分必须使用爱因斯坦相对论及量子理论来正确描述

显然牛顿定律不适合微观世界。具体来看有以下几点特别明显:

1)普朗克为解决黑体辐射之迷而提出的“量子”概念打开了通往微观世界之门,最终导致了量子理论的诞生。在微观世界,辐射能量不是连续的,而是一份份量子化的,最小单位与辐射(光)频率成正比

2)在经典物理中,光的属性是单一的,牛顿的微粒说、惠更斯的波动说与麦克斯韦的电磁波之说都是如此。没想到光电效应及康普顿散射以铁证的实验结果证明了爱因斯坦光量子(光子)的存在,光居然同时具有”波粒二象性”

3)德布罗意更激进与大胆,提出了物质波的概念。戴维逊与汤姆逊的电子散射与洐射实验证明了

4)牛顿的宇宙是“决定论“,由初始条件及作用力可以完全推导出所有时刻运动方程,确定所有时刻的运动状态。但玻恩对波函数的几率解释却告诉人们微观世界是“概率论“,处于任何一种状态的可能性都存在,只是几率大小的不同。于是才有电子双缝干涉的怪异结果,薛定鄂猫的烧脑困惑。而且由于概率论的关系,微观粒子是全同而不可识别的,因自旋的不同而划分为费米子与玻色子两大类

5)牛顿定律只是用于描述物质间的相互作用以及因此而导致的运动规律,它本身不能描述粒子产生、湮灭以及相互转化的机制。只有运用量子场论才能正确描述,如粒子衰变、核聚变、纯辐射与实体粒子的相互转化

6)牛顿定律没能阐述作用力的微观机制,例如电磁相互作用是如何实现的,更没有涉及只有微观世界才存在的强相互作用与弱相互作用。只有运用量子场论和规范量论,人类才明白了中间矢量玻色子在相互作用中所扮演的角色

总之、微观世界是一个全新的宇宙,必须运用量子理论才能准确地描述,牛顿定律以及经典物理学显然是不适用的










2020年6月19日 19:14
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