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量子(Quantum)是什么?

(2012-06-09 03:33:47)
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it

    量子是什么?在物理学上说法很多,争吵了一百多年。但是,从数学来看问题,似乎并不困难。为什么?

        让我们考虑三种”现象“:

       1、设想有一个宾馆,有一万间客房。无论在什么时间,一位来宾要求进住,总是获得“允许”。为什么呢?因为,在这位来宾办理入住手续时,必然会有某一位老房客要求”离开“前往机场。因为,原有房客实在太多了,完全有这种可能性。(即”无限在有限之中“,或“在有限之中的无限”);

      2、站在沙漠深处,观看远方的沙丘,表面都是很光滑的。但是,实际上都是由离散的沙粒组成的。(即”具有离散性的连续性“);

       3、一个运动质点,在同一时刻,既在某个位置上,又要离开这个位置。(运动中的质点不可能停留在某个特定的“几何点”)。

         在传统数学中,以上三种性质都是不允许考虑的。1970年,捷克数学家Vopenka提出”另一种集合论“(ASTAlternative Set Theory ),后来,在2006年,M. Randall Holmes 进一步发展了这种AST,将以上三种”现象“,借助公理化的方法,严谨地正式引入到数学研究之中。20122月,H. Jerome Keisler成功地将其具体化(推出网络版本),创立了现代意义上无穷小分析(即现代”微积分“)。

         站在数学立场上来看,物理学中的所谓”量子“(Quantum)无非就是一种处于不连续运动状态的物质粒子(体积极端的渺小),其物理性能有些”古怪“,不像山川、河流那么令人感到熟悉、亲切。进入纳米世界,量子效应就逐渐表现出来了,比如:电子不连续的”跃迁“行为。对于某个特定的量子而言,在某一特定的时刻,我们只能预测:它在某处出现的”几率“(求解”波动方程“),不可能准确预测到它的具体位置。如果测定量子的位置,就测不准它的运行速度;知道它的运行速度,就测不准它所在的具体位置。实际上,量子是一个物理”小精灵“,很“刁滑”但是不“出格”,让人不易琢磨。

          数学是研究客观世界数量关系与空间形式的科学分支。进入纳米时代,必须依靠理论抽象思维把握物质运动规律,别无他法。但是,现行的数学教育体系仍然是200年前的理论体系,毫无进展。那么,什么是现代数学分析呢?且听下回分解。

         例如:人手指的指甲,平均每秒增长1纳米,时刻不断地在运动,但是,我们感觉不到,总是认为手指甲是定长不变的,等突然发现手指甲长了再去剪它。谁都有这种实际体验。

  

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