
量子力学诠释的新尝试.doc
9页量子力学诠释的新尝试量子力学自创立至今,已近一个世纪的时间,百年来,人们把量子力学和相对论看做是二十世纪物理学的两大台柱,今后,恐怕还会有很长的一段时间不会改变这一看法量子力学对微观世界的描述确实取得了惊人的成就,利用量子力学所做的计算与实验惊人的符合,常使人们对量子力学的正确性深信不疑然而,量子力学的巨大成就,绝对掩盖不了量子力学解释体系的不足及与相对论深层次的尖锐矛盾全世界没有一个物理学家敢说他完全懂量子力学就是最好的证据 所谓量子力学诠释问题,指的是量子学数学形式的物理实质究竟是什么关于量子力学数学形式的物理诠释,见诸于经传的至少有十数种,比较流行的也有七八种,而最为流行的主流学派是所谓哥本哈根学派的几率解释几率解释认为量子力学数学形式——波函数,是几率波微观客体的动量和位置本质上是不能同时确定的,测不准(或不确定)关系是这种不确定性的数学描述 然而,哥本哈根的几率波与实验表现出的物理波存在着深刻的矛盾为此,以玻尔为首的哥本哈根学派,为了消除其解释体系中的矛盾,渗进了许多非常规的哲学思辩在哥本哈根几率解释中,数学、物理、哲学思辩混合在一起,将人们带进了一个神秘的量子谜雾百年来,哪怕是最伟大的物理学家比如爱因斯坦也被卷进量子谜雾难以解脱。
德布罗意、薛定谔、玻姆、布洛欣采夫等一批科学家曾试图用各自的解释取代哥本哈根解释,但终究没有取得主流学派的地位看来量子力学数学形式的物理实质,还值得后代人继续深入研究和探索本文作者提出的量子力学曲率解释,则是量子力学众多解释中,中国人独立提出来的一种新的量子力学诠释体系量子力学曲率解释认为,量子力学中的波函数描述的是人们通过实验建构的微观客体“形”的变化规律波函数本质上是曲率波而非几率波,曲率的大小表示粒子性,曲率的变化表示波动性量子力学曲率解释有着从哲学、物理学、实验现象、数学到诠释体系的逻辑一致性,由哥本哈根几率解释缘引出来的诸多悖论在量子力学曲率解释中将不复存在,而且曲率解释可以把几率解释的合理部分纳入其中量子力学曲率解释从如下六个方面建立其解释体系 提出相互作用原理 相互作用原理是量子力学曲率解释赖以建立的哲学基础 相互作用原理指出:自然界中一切物体在时空中的“形象”和“状态”都是由物质间的相互作用形成的,既包括四种基本相互作用(引力、电滋力、强力、弱力),也包括人类观测世界使用的观测信号作用 由相互作用原理我们得到两个推论:推论一:现象缘于相互作用,“物质本体”无以形成被观察的时空形象。
推论二:时空变化之所在,即物体之所在,也是场源之所在 由相互作用原理及其推论我们得到“自在实体——本体”和“现象实体——物体”两个基本概念自在实体——本体”是离开人的主观意识之外的客观存在,它由四种基本相互作用形成,它是抽象的,非具体认识的;“现象实体——物体”是“自在实体——本体”通过观测信号作用于人体这架生物仪器及“人工仪器”的延伸形成的,它是具体的,被认知的时空概念是人类根据“自在实体——本体”和“现象实体——物体”综合抽象形成的概念时空既有不变的属性,也有可变的属性,主要取决于人类不同的认识层次牛顿力学、相对论力学和量子力学都有各自不同的时空基础,表明人类对自然的不同认识层次 区分微观作用机制与宏观作用机制 微观世界和宏观世界在作用机制上有着本质的区别微观世界具有量子特性,能量是不连续的,相互作用是一份一份的根据相互作用原理,客体的“形”是通过相互作用提供给人们的,那么,微观世界中由相互作用提供的“形”和“状态”前后就是不连续的、间断的形”的突变性表明“形”在突变演化中前后不可知,是离散的,在数学上可理解为“前形”和“后形”彼此在对方的投影为零,这正是数学上建立正交系的必要条件。
这里“前形”和“后形”就成了正交系的坐标轴这就是量子力学中波函数正交性形成的物理原因,也是量子力学线性函数形成的物理原因由于坐标轴具有描述形的变化特征,因此波函数本质上是描述微观客体形的变化特征的 在宏观世界,相互作用(引力、电磁力)被看做是连续的,能量的变化也是连续的宏观世界由相互作用提供的人类对“形”的认识不存在突变性,客体“形”的前后变化也是连续的客体的“前形”和“后形”构成的状态变化,不构成数学上正交性,“前形”和“后形”构成的坐标轴之间的夹角可以无限小,“形”具有整体的局域性,而不是离散的引力是连续作用的力(牛顿力学、广义相对论均是为此),由引力作用给出的客体的“形”前后可以连续变化,广义相对论把这个“形”的变化变成了场的几何性质(推论二),引力场中“前场”和“后场”是连续变化的,其坐标轴之间没有正交性,相互之间投影不为零这正是引力场自相互作用和非线性特征形成的根本原因也是引力场的空间是弯曲的物理原因 区分微观质点与宏观质点的本质差异 由于作用机制的本质区别,宏观质点与微观质点其属性也有根本的区别 在宏观经典力学中,所谓质点,是说在我们讨论的问题中客体的“形”的大小可以忽略不计,客体被简化为一个几何点。
客体具有的动量、能量、位置和时间都赋予这个几何点——质点这样经典力学中的质点就具有实体的性质,质点运动的背景空间都是虚的人们对在时空中运动的客体前、后“形”的变化——状态的描述,由于形的变化被忽略或如相对论拷贝到背景时空上,因此,人们对“形”的变化的描述变成了对质点运动轨迹的描述,而相互作用的连续性,又保证了运动轨迹的连续性质点的能量、动量、位置和时间是确定的,质点(客体)运动的轨迹也是确定的 但在微世界却有本质的不同在宏观世界,经验中的客体都是肉眼可见的,客体的“形”是“本体”通过观测信息由人这架生物仪器建构的,致多增加了人工仪器的延伸作用而微观世界,特别是原子中,电子等微观客体我们直接看不见,电子“自在实体——本体”在原子中的“形象——现象实体”,只能通过原子发光及发光频率来推测和建构通过原子不同能级发光强度建构起来的电子形象,在对电子进行质点抽象时,其“形”是不可忽略的,因此,在讨论原子问题时如果我们仍然借用宏观世界经典力学质点抽象方法,把电子当成质点,那么这个质点就具有宏观质点完全不同的性质 区分量子概率与经典概率的本质不同 牛顿力学中物体被抽象为质点,形的大小和变化对时空的影响忽略不计,时空是绝对的;相对论力学中客体运动引起观测形象对时空的影响,由洛仑兹变换拷贝到背景时空中,客体变成了质点,时空却是变化的;量子力学中客体运动引起观测形象的变化则通过归一化形式拷贝到背景空间中,背景空间的拓扑性质随着形的变化而变化,这又引起了经典概率与量子概率的本质区别。
众所周知,经典概率中由客体抽象出来的“质点”具有实体性质,它遵从帕斯卡叠加原理,通过双缝后的图像是单峰的;量子力学中由客体抽象出来的质点具有不确定性,是虚的,受背景空间波的干涉和衍射特征制约,通过双缝后屏上的图像是多峰的虚的质点通过双缝的哪一缝无关紧要,因为宏观经典力学中赋于了被积分的背景空间,空间曲率的波动使双缝背后的空间本身具有干涉特性,双缝起到了像水波干涉中的干涉波源的作用由于我们把空间曲率的变化与原子发光强度的变化联系到一起,曲率大的地方发光强,曲率小的地方发光弱,而光的强弱与客体的可视程度相关,这又使人们可将概率(可能性)与被观测客体的可视度相联系,也就是把概率与空间特性的变化相联系,我们把这叫概率可视度解释概率的可视度解释是原子世界微率的本质特征它既表明我们在原子中某处找到微观粒子的概率,也表明微观客体在该处造成的空间特性的变化 指出微观与宏观描述对象的本质区别 在宏观世界,牛顿力学中客体的形在运动中我们认为是不变的,相对论力学中,“形”的变化拷贝成背景时空的变化,客体的“形”又可看作不变对于宏观质点力学,“形”的大小与讨论的问题相比可以忽略,被描述的客体变成了质点对客体状态的描述只能是质点运动的轨迹。
质点是“实”的,有确定的能量、动量、位置和时间,质点运动的轨迹也是确定的,宏观经典力学中客体的运动方程则是对这种运动轨迹的描述 描述微观世界的薛定谔波动方程不是描述微观客体质点运动轨迹方程,而是描述对微观客体建构起来的“形”的变化规律的方程——曲率变化方程不是微观客体自身运动没有轨迹,而是我们通过实验无法知道它的轨迹运动,我们通过实验建构起来的是对其“形”的变化规律的认识 量子测量的新认识 微观世界对形的认识如何与宏观世界对点的轨迹的认识沟通?这涉及到微观作用机制与宏观作用机制的转换问题实际上这是大家最关心的量子测量问题 微观世界的作用机制是间断的,能量是一份一份的变化,这种作用机制决定了原子中不同能级间电子的状态——“形”的变化是突变的,具有离散性,而且突变前后的状态是彼此独立的,信息互不相通量子力学中一个纯的量子态,必须由非连续作用机制来制备,否则,就不能构成量子力学所要求的力学状态如果讨论的问题中,这个连续作用形成的“局域形”可以忽略,那么,我们描述的对象就回到了经典质点力学微观质点转变成了宏观质点,量子概率也转变成宏观概率,量子概率的归一性也变成了宏观概率的归一性这就是彭罗斯的U过程向R过程过渡的物理实质。
由此我们可以对薛定谔猫和爱因斯坦的EPR实验做出合理的解释当对其中的一个粒子的量子态进行测量时,由于宏观仪器的连续作用,测量后两个粒子力学背景就完全不同,我们用相同的力学基础去分析,自然也要出现谬误 有关专家对量子力学曲率解释的评论 几十年来,量子力学曲率解释在自身的不断完善中逐渐取得了众多专家学者的支持与认同2000年,量子力学曲率解释纳入由博士导师桂起权教授主持的、由国家社会科学基金资助的课题——物理学哲学研究,就是一个最好的证明桂起权教授认为量子力学曲率解释具有原创性,关键是区分了“自在实体”与“现象实体”两个不同的层次,坚持了唯物主义的本体论,具有整个解释体系的逻辑一致性及比几率解释更多的优越性我国著名学者、理论物理学家洪定国教授说:我们终于看到了他们所构建的形上学体系以及他们是如何把量子力学嵌入其中的……在基本点上,曲率解释已经成为可以自圆其说的一家之言了这是一个了不起的成绩我国知名学者,河南师大薛晓舟教授认为曲率解释开辟了量子力学解释的一个新方向北京师范大学著名学者赵峥教授认为《量子力学曲率解释》是一部优秀的自然哲学著作,对人类认识自然有重要启示意义,应该引起科学和哲学界的广泛重视。
中国科技大学沈惠川教授甚至认为量子力学曲率解释已经形成了可以与主流学派几率解释叫板的新解释体系,值得庆贺华中科技大学哲学系主任殷正坤教授高兴地指出,这是中国人自己建立的比其他解释优越的新解释体系,值得中国人高兴华中科技大学博士生导师唐超群教授建议向国外介绍量子力学曲率解释,应该进一步扩大影响,吸引更多更广泛的学者参与研究,使新的学术思想形成更大的世界范围的气候我国著名学者董光璧教授则认为量子力学曲率解释会记入历史史册的 当然,量子力曲率解释也有需要进一完善的地方博士后万晓龙教授从法国传来消息,量子力学曲率解释在物理上还要进一步加强研究,薛晓舟教授也指出应与真空的研究及超弦的研究结合起来,董光璧、洪定国、沈惠川教授则要求在解决量子力学与相对论深层次矛盾上还要下更大的功夫 (作者单位:武汉工程技术学院 地址:武汉市青山区和平大道 邮编:430080) (赵国求)。












