有哪些難以用數學方法描述的物理過程?

時間 2021-12-27 04:45:04

1樓:22superhero

我自認為數學雖然是現階段描述物理的最好語言,但它也不是萬能的。舉乙個基本的例子,在量子力學中,對某乙個處於疊加態的粒子進行測量,在測量之後,粒子的態就會坍縮到某一本徵態上。由於在座標表象下,態可用波函式進行表示,因此這個坍縮過程就叫波函式坍縮。

粒子的波函式或者說粒子的態完全可在Hillbert空間中進行描述,甚至波函式隨時間的演化也可由薛丁格方程來描述,但是波函式坍縮這個「過程」卻不是能夠通過數學來描述的,這是物理上特有的解釋,這種解釋方法即為哥本哈根詮釋。

就Stern-Gerlach實驗而言,測量銀原子z方向的自旋(可簡單理解為原子的角動量),由於它有向上、向下兩個本徵態,即測量值只能取一正一負兩個值,因此在對剛從熱爐子裡發射出來的銀原子做第一次測量時,粒子束會分成兩束(磁偶極子在非均勻磁場中受力),一束向上偏移,乙個向下偏移,這個結果表明發射出的原子是處於自旋向上與自旋向下的疊加態(因為在同乙個爐子裡發射出的「相同粒子」測量出兩種狀態)。如果使用同樣的儀器分別對兩束粒子仍然做z方向自旋的第二次測量,向上偏移的粒子束仍然向上偏移,向下偏移的粒子束仍然向下偏移,而非像第一次測量那樣分為兩束,這個結果表明向上偏移的粒子狀態處於自旋向上的本徵態,向下偏移的粒子處於自旋向下的本徵態。這或許聽起來像是一句廢話,但是這一系列的實驗結果表明了一件事情:

在進行第一次測量之後,銀原子從疊加態坍縮到了自旋向上或向下的本徵態,也就是說粒子的態由於「測量」而發生了改變,而這種態在測量後的改變在數學上難以解釋。

我個人認為不一定每乙個物理現象都要找到對應的數學描述,數學是物理的一種「表象」,而「態」是物理的本質。

2樓:kevin

基本上沒有,但前提是要清楚物理過程及原理,無法用數學語言描述的模型只有兩種可能。

1.模型本身就不完善,這就不賴數學的事了,先做實驗研究清楚。

2.數學的體系還需要進一步擴充,這種情況下就比較誘人了,一旦你走到這一步,有很有可能會自己創造出來自己的領域,比方說,牛頓發現現有的數學沒法描述天體運動,甚至複雜一點的日常生活中的運動也沒法描述,於是微分學誕生了,再比方說,傅利葉研究熱學,為了描述這個模型,於是,傅利葉級數和傅利葉變換就誕生了!

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