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林深问道。
张教授笑了笑:“因为量子力学里,有一个非常重要的现象,叫做量子叠加态。
一个粒子,可以同时处于两个不同的状态。
比如,一个电子,可以同时处于自旋向上和自旋向下的状态。
这种叠加态,用实数是无法描述的,必须用复数。”
他拿起一支笔,在纸上写下了薛定谔方程:ihbarfrac{partialpsi}{partialt}=-frac{hbar2}{2}frac{partial2psi}{partialx2}+vpsi“你看,这个方程里,有一个虚数单位i。”
张教授说,“这个i,不是数学家们凭空加进去的,它是量子力学的内在要求。
如果没有这个i,薛定谔方程就会变成一个扩散方程,而不是一个波动方程。
那样的话,量子力学就无法描述粒子的波动性。”
林深看着薛定谔方程,心里泛起了一阵涟漪。
他想起了复数平面上的单位圆,想起了欧拉公式。
原来,虚数在量子力学里,是描述粒子波动性的关键。
张教授继续说:“还有一个重要的现象,叫做量子纠缠。
两个纠缠的粒子,无论相距多远,它们的状态都是相互关联的。
这种关联,也需要用复数来描述。
虚数,就像一条看不见的线,把两个纠缠的粒子连接在了一起。”
林深的眼睛,越来越亮。
他觉得,自己对虚数的理解,又上升了一个层次。
虚数,不仅仅是描述电路、流体力学的工具,它更是描述量子世界的语言。
它像一个幽灵,在量子世界里穿梭,连接着粒子的过去和未来,连接着微观和宏观。
张教授看着林深,笑了笑:“年轻人,你对虚数的探索,很有意义。
数学和物理,是密不可分的。
很多数学概念,一开始看起来是抽象的,但后来都会在物理中找到应用。
虚数就是一个很好的例子。”
林深点了点头,说:“谢谢您,张教授。
您的话,让我受益匪浅。”
他站起身,向张教授鞠了一躬,然后走出了办公室。
走在校园的小路上,林深的心里,充满了激动和喜悦。
他看着天边的白云,看着路边的花草,觉得整个世界,都变得不一样了。
他想起了祖父的笔记,想起了电路里的幽灵,想起了复数平面的星空,想起了量子世界的虚影。
虚数,这个曾经被认为是“想象中的数”
,如今却成了理解宇宙的关键。
它像一个看不见的坐标轴,隐藏在现实世界的背后,支撑着我们对宇宙的探索。
第六章虚实之间岁月如梭,林深从一个大二的学生,变成了一名数学系的研究生。
他的研究方向,是复变函数与量子力学的交叉领域。
他的毕业论文,就是关于虚数在量子力学中的应用。
他的毕业论文,得到了导师和评审专家的高度评价。
他们认为,林深的研究,为理解虚数的物理意义,提供了新的视角。
毕业后,林深留在了学校,成为了一名数学系的助教。
他一边教学,一边继续研究虚数。
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