如何给小学生解释量子力学

一个智商正常学习较好的五年级学生

第1个回答  2018-07-04
打比喻,说实话量子力学对考试甚至对以后的工作没啥吊用追问

怎么比喻

第2个回答  2018-07-04
我觉得不会听的懂 除非是给他打比喻
第3个回答  2018-07-04
ggg追答

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jssbhs

jjshs

wnwj

第4个回答  2018-07-08

首先为楼主点赞。虽然对一个孩子来说知道量子力学的概念可能暂时没什么用,但对知识的启蒙和现实世界的认知我相信还是有很大帮助的。

楼主可以从量子力学里几个典型的奇特概念切入去引发孩子的兴趣。如果是我的话,我会用例举叠加态,选择延迟,和量子泡沫等,与我们宏观世界和日常观念看似相违背的客观事实来向孩子介绍。

    叠加态:这个比较好例举,如果一个封闭的,且有着binary property(像正负一样,要么正要么负;或要么是要么不是的性质,没有第三钟可能)的系统未受到观察之前,那么它就是同时有着两种性质,直到它被测量,就会随机坍缩成其中一种可能。【例举】1:你可以问,在一个没有动物跟人的很偏僻的森林里面有一棵大树,如果它要倒下来的话,没有任何人或者动物看到或者听到,那么这课树到底有没有倒下来呢?其实,当你还没去这个森林之前,这棵树是处于“既是倒的又是不倒的状态”。当你去了,并且看到了这棵树之后,它才会随机变成要么是已经倒了,要么还没有倒的状态。没有人看见之前,它是同时处于“倒跟不倒”的状态;【例举】2:如果之前那个太复杂的话,那么可以简化一点来问:当你看不见月亮的时候,那月亮到底是在还是不在呢?他肯定会说“在”,然后你说其实你不看的时候,它既是在,也是不在;只有当你走出去屋子去看的时候,它才会随机坍缩成要么在要么不在的状态(当然这只是比喻,因为有很多因素会打破纠缠态例如月亮对地球的潮汐力);【例举】3:试想象一个篮球,同时向北转,也同时向南转;这是在现实中没有可能的因为它不可能同时向相互为反的2个方向旋转。但其实真实世界中确实是这样的,就如电子自旋(事实上这是内禀性质,区别于宏观上自旋的概念)。磁力共振成像的原理就是利用电子的这个奇特的性质拓展出来的。尽管我们脑子里想象不到,但现实世界确实在发生这样的事。

    选择延迟:一个光子打在了一个挡板后,若光子的状态未被测量,那么在事后改变实验仪器以改变光子路径后再进行测量的话,光子的状态会变成改变路径后特有的状态。这个实验结果目前有着不同的解释,但我们很容易会想到一个不可能的事情:你看到的不仅决定了它当下的状态,也决定了它的“历史”是怎么发生的。如果觉得这有着颠覆因果律意味强烈的话可以不说,但本人还是觉得很有意思。【例举】1:接着刚刚的大树。当你去看它的时候,它不但随机变成要么倒,要么不倒;就连它的生长过程,经历到了什么样的过去,都会在被你看见的那一刻“塑造”:如果它是倒了的话,那么它是被风吹倒了,还是闪电劈倒的这些有可能发生的历史,都在被看到的那一刻才塑造出来;同样相反的结果也是同理。这个可以举很多例子....

    量子泡沫:真空状态下的时空具有最低的能量而不是0,这些能量是由量子泡沫造成的。i.e.真空状态下,根据能量-时间不确定性原理,会有一个正粒子和一个虚粒子产生,然后在极短时间内互相湮灭。【例举】:这个可以直接把概念跟孩子说,就好像(+1)+ (-1)=0 一样,0 也可以变成 +1 和-1。基于量子泡沫拓展出的理论还有霍金辐射,说到这里就会说到黑洞,如果孩子有兴趣还可以顺带讲一下什么是黑洞;另外因为说到了反粒子,可以顺带拓展一下反粒子的话题,比如正反物质一旦接触就会互相湮灭且100%转化为能量,而为什么我们世界上大多数物质都是正物质,这还是科学家在研究的问题。会不会存在一个反世界,那里的所有东西都跟我们的世界一模一样但却是由反物质构成的?这样让他来思考。如果他感兴趣的话,还可以顺带说一下既然有正反物质,那什么是物质,它由什么组成的,最基本的粒子是什么诸如此类的话题。

我就是在中学的时候接触化学,了解到粒子的概念而引发了极大的兴趣导致今选择了走物理专业这条路。即使这不一定是他所感兴趣的东西,但对孩子在理性上对现实世界的认知还是有着一定启蒙性的帮助。以上只是小弟个人见解作的比喻,并毫无科学严谨性请各位勿喷,有错误还请指出。

希望能帮到您 :)

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