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有效理论：量子力学未来会被推翻吗？

通过三个故事来阐述量子力学的特点和未来可能的发展方向。首先，通过 “老头用金碗吃馒头” 的故事，指出量子力学是一个 “低能有效理论”，它在一定能量范围内描述物理现象，但随着能量的提高，量子力学的公式将失效，预示着存在一个更为统一的物理理论。其次，“韩信管军” 的故事揭示了量子力学在处理复杂系统时的局限性，提示量子力学更适合简单或极端条件下的物理问题。最后，“霍金的金鱼缸” 故事强调了真理的不同表述形式，量子力学与其他理论可能存在等价性，即使表象不同，它们都能准确描述现象。因此，量子力学在其适用范围内是一种永远不会过时的真理表述。 观点 量子力学是一种有效理论，但它有局限性和不完备性。它在特定能量范围内有着出色的描述能力，但在更高能量区域，量子力学的公式将失效，预示着新的物理理论的诞生。 量子力学在处理复杂系统时存在解释力的限制。它能够解释一、两个原子的问题，但在更复杂的系统中，如生物体或大量原子的集合，量子力学的适用性和准确性受到挑战。 真理有多种表述形式。不同的理论可能以不同的方式描述同一现象，但这并不意味着它们不能是等价的真理。量子力学与其他理论（如矩阵力学）的等价性表明，科学理论的多样性并不减少它们的真实性。 科学理论的发展是一个不断革新和完善的过程。量子力学可能会被更为统一和普适的理论所取代，但在其适用范围内，它将继续是一种有效的真理表述。科学家应该开放地接受新的理论，同时也要认识到现有理论的价值和局限性。 TIMELINE beta 00:00:02 - 00:01:10 在前 12 讲中，介绍了量子力学的核心知识，并提出了问题：这些知识是否就是真理？本讲将回答这个问题，并探讨对待科学理论的正确态度。 有人认为科学理论会随着时间而过时，量子力学的知识的保质期如何？有两种截然相反的观点：一是量子力学经过实验证实，其保质期是永久的；二是物理学的发展是一个不断推翻旧理论的过程，量子力学也将被新理论推翻。 00:01:11 - 00:04:44 作者认为上述两种观点都不完全正确。量子力学有其局限性和不完备性，但也有其正确性，应被称为 “有效理论”。 通过三个故事来解释量子力学的保质期。第一个故事 “高度决定了见识” 说明了能量的高度决定了我们对量子力学的理解。量子力学的发现与能量高度有关，普朗克猜出黑体辐射公式并提出量子假说，这个新公式在描述高能量现象时更为准确，而且在能量趋近于零时与经典理论相符。 00:04:45 - 00:07:23 第二个故事 “复杂度限制了你的解释力” 通过韩信的故事说明了管理能力与问题的复杂度之间的关系。量子力学目前只能解决一、两个原子的问题，对于更复杂的系统，其解释能力受到限制。 文小刚的观点指出，即使是宇宙级超级计算机，也只能模拟 100 个原子的量子行为。因此，量子力学不仅是一个低能有效理论，还是一个简单有效理论，对于复杂问题可能无法提供靠谱的解释。 00:07:24 - 00:11:40 第三个故事 “角度决定了你的表述形式” 通过霍金的 “大设计” 中的金鱼缸故事，说明了不同的观察者可能会得到不同的物理公式，但这些公式都可以是真理的表述形式，它们之间存在等价性。 量子力学的不同表述形式（如海森堡的矩阵力学）都已被证明是等价的。真理只有一个，但表述形式可以有多种。量子力学在其解释范围内是有效的，其保质期可以说是永久的。作者最后提出了一个思考题，要求学习者思考有效理论的适用范围和可能的其他表述形式，以及量子力学的未来发展方向。下一讲将详细讨论量子力学的前沿进展。