量子力學(xué)詮釋的新嘗試

1、第l5卷第2期2003年6月武漢工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院JournalofWuhanEngineeringInstituteVo115No2June2003量子力學(xué)詮釋的新嘗試趙國求(武鋼基礎(chǔ)物理研究所武漢：430080)摘要描述宏觀世界的經(jīng)典力學(xué)與描述微觀世界的量子力學(xué)在作用機(jī)制、質(zhì)點(diǎn)抽象、概率的應(yīng)用及描述對(duì)象上均有本質(zhì)的區(qū)別，據(jù)此作者介紹了量子力學(xué)曲率解釋。關(guān)鍵詞宏觀微觀本質(zhì)區(qū)別曲率中圖分類號(hào)：O4131文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1671—3

2、524(2003)一02—0001—05量子力學(xué)自創(chuàng)立至今，已近一個(gè)世紀(jì)的時(shí)間，百年來，人們把量子力學(xué)和相對(duì)論看做是二十世紀(jì)物理學(xué)的兩大臺(tái)柱，今后，恐怕還會(huì)有很長的一段時(shí)間不會(huì)改變這一看法。量子力學(xué)對(duì)微觀世界的描述確實(shí)取得了驚人的成就，利用量子力學(xué)所做的計(jì)算與實(shí)驗(yàn)驚人的符合，常使人們對(duì)量子力學(xué)的正確性深信不疑。然而，量子力學(xué)的巨大成就，絕對(duì)掩蓋不了量子力學(xué)解釋體系的不足及與相對(duì)論深層次的尖銳矛盾。全世界沒有一個(gè)物理學(xué)家敢說他完全懂量子力

3、學(xué)就是最好的證據(jù)。所謂量子力學(xué)詮釋向題，指的是量子力學(xué)數(shù)學(xué)形式的物理實(shí)質(zhì)究竟是什么。關(guān)于量子力學(xué)數(shù)學(xué)形式的物理詮釋，見諸于經(jīng)傳的至少有十?dāng)?shù)種，比較流行的也有七八種，而最為流行的主流學(xué)派是所謂哥本哈根學(xué)派的幾率解釋。幾釋解釋認(rèn)為量子力學(xué)數(shù)學(xué)形式——波函數(shù)，是幾率波。微觀客體的動(dòng)量和位置本質(zhì)上是不能同時(shí)確定的，測不準(zhǔn)(或不確定)關(guān)系是這種不確定性的數(shù)學(xué)描述。然而，哥本哈根的幾率波與實(shí)驗(yàn)表現(xiàn)出的物理波存在著深刻的矛盾。為此，以玻爾為首的哥本哈

4、根學(xué)派，為了消除其解釋體系中的矛盾，滲進(jìn)了許多非常規(guī)的哲學(xué)思辯。在哥本哈根幾率解釋中，數(shù)學(xué)、物理、哲學(xué)思辯混合在一起，將人們帶進(jìn)了一個(gè)神秘的量子謎霧。百年來，哪怕是最偉大的物理學(xué)家比如愛因斯坦也被卷進(jìn)量子謎霧難以解脫。德布羅意、薛定諤、玻姆、布洛欣采夫等一批科學(xué)家曾試圖用各自的解釋取代哥本哈解解釋，但終究沒有取得主流學(xué)派的地位。看來量子力學(xué)數(shù)學(xué)形式的物理實(shí)質(zhì)，還值得后代人繼續(xù)深入研究和探索。本文作者趙國求提出的量子力學(xué)曲率解釋，則是量子

5、力學(xué)眾多解釋中，中國人獨(dú)立提出來的一種新的量子力學(xué)詮釋體系。量子力學(xué)曲率解釋認(rèn)為，量子力學(xué)中的波函數(shù)描述的是人們通過實(shí)驗(yàn)建構(gòu)的微觀客體“形”的變化規(guī)律。波函數(shù)本質(zhì)上是曲率波而非幾率波，曲率的大小表示粒子性，曲率的變化表示波動(dòng)性。量子力學(xué)曲率解釋有著從哲學(xué)、物理學(xué)、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、數(shù)學(xué)到詮釋體系的邏輯一致性，由哥本哈根幾率解釋緣引出來的諸多悖論在量子力學(xué)曲率解釋中將不復(fù)存在，而且曲率解釋可以把幾率解釋及其他解釋的合理部分納入其中。量子力學(xué)曲率解

6、釋從如下六個(gè)方面建立其解釋體系，并貫穿在《物理學(xué)的新神曲——量子力學(xué)曲率解釋》(武漢出版社，2002年)一書及爾后的相繼論文中。1提出相互作用原理相互作用原理是量子力學(xué)曲率解釋賴以建立的哲學(xué)基礎(chǔ)。相互作用原理指出[]：自然界中一切物體在時(shí)空中的“形象”和“狀態(tài)”都是由物質(zhì)問的相互作用形成的，既包括四種基本相互作用(引力、電磁力、強(qiáng)力、弱力)，也包括人類觀測世界使用的觀測信號(hào)作用。由相互作用原理我們得到兩個(gè)推論：收稿日期：2003—01—

7、10作者簡介：趙國求，男，1944年生，研究員。從事物理學(xué)哲學(xué)、思維科學(xué)及中醫(yī)基礎(chǔ)理論現(xiàn)代科學(xué)基礎(chǔ)研究。維普資訊趙國求：量子力學(xué)詮釋的新嘗試3存在，形不同，在形內(nèi)找到質(zhì)點(diǎn)的概率就不同，形越小，概率就越大；形越，概率就越小。這樣，原子能級(jí)的發(fā)光強(qiáng)度，不同能級(jí)建構(gòu)的電子球面曲率，對(duì)電子作質(zhì)點(diǎn)抽象時(shí)微觀質(zhì)點(diǎn)在不同能級(jí)上出現(xiàn)的概率三者之間就具有一種正比例關(guān)系。于是，我們通過上述思維方式就把海森伯的矩陣力學(xué)，薛定諤的波動(dòng)力學(xué)(曲率的波動(dòng))及哥本哈

8、根的幾率解釋在物理機(jī)制上聯(lián)系起來了，哥本哈根解釋中的幾率波性質(zhì)是在對(duì)微觀客體作質(zhì)點(diǎn)抽象時(shí)賦予的，幾率解釋具有了實(shí)在論背景。反科學(xué)實(shí)在論及爾后的關(guān)系實(shí)在論，對(duì)自然的認(rèn)識(shí)層次只是停留在現(xiàn)象實(shí)體的“形象”建構(gòu)上。本體是離開人的主觀意識(shí)的客觀存在，相對(duì)論中的靜能m。c，康普頓動(dòng)量TrIfl及量子力學(xué)中的康普頓波長Xo(=)都是客體相對(duì)坐標(biāo)系靜止時(shí)的不變量，人類無法感知，Ⅱl0c這正是我們賦予本體的性質(zhì)。能量的變化、動(dòng)量的變化、波長的變化(體現(xiàn)為

9、質(zhì)量的變化)都與人的主體地位相關(guān)，它們都具有建構(gòu)的特征，是現(xiàn)象實(shí)體表現(xiàn)出來的性質(zhì)。4區(qū)分量子概率與經(jīng)典概率的本質(zhì)不同]牛頓力學(xué)中物體被抽象為質(zhì)點(diǎn)，形的大小和變化對(duì)時(shí)空的影響忽略計(jì)，時(shí)空是絕對(duì)的；相對(duì)論力學(xué)中客體運(yùn)動(dòng)引起觀測形象的變化對(duì)時(shí)空的影響，由洛侖茲變換變換到背景時(shí)空中，客體變成了質(zhì)點(diǎn)，時(shí)空卻是變化的；量子力學(xué)中客體運(yùn)動(dòng)引起觀測形象的變化則通過歸一化形式變換到背景空間中，背景空問的拓?fù)湫再|(zhì)隨著形的變化而變化，通過dv=ll出變換之后

10、，被積分空問是實(shí)體的，波動(dòng)的，數(shù)學(xué)上由希爾伯特空問來描述，但質(zhì)點(diǎn)卻是虛的，具有飄忽不定的屬性。這又引起了經(jīng)典概率與量子概率的本質(zhì)區(qū)別。從所周知，經(jīng)典概率中由客體抽象出來的“質(zhì)點(diǎn)”具有實(shí)體性質(zhì)，它遵從帕斯卡疊加原理，通過雙縫后的圖象是單峰的；量子力學(xué)中由客體抽象出來的質(zhì)點(diǎn)具有不確定性，是虛的，受背景空間波的干涉和衍射特征制約，通過雙縫后屏上的圖象是多峰的。虛的質(zhì)點(diǎn)通過雙縫的哪一縫無關(guān)緊要，因?yàn)楹暧^經(jīng)典力學(xué)中賦予質(zhì)點(diǎn)的屬性均賦于了被積分的背

11、景空間，空問曲率的波動(dòng)使雙縫背后的空問本身具有干涉特性，雙縫起到了象水波干涉中的干涉波源的作用。由于我們把空問曲率的變化與原子發(fā)光強(qiáng)度的變化聯(lián)系到一起，曲率大的地方發(fā)光強(qiáng)，曲率小的地方發(fā)光弱，而光的強(qiáng)弱與客體的可視程度相關(guān)，這又使人們可將概率(可能性)與被觀測客體的可視度相聯(lián)系，也就是把概率與空間特性的變化相聯(lián)系，我們把這叫概率可視度解釋。概率的可視度解釋是原子世界量子概率的本質(zhì)特征。它既表明我們?cè)谠又心程幷业轿⒂^粒子的概率，也表明微

12、觀客體在該處造成的空間特性的變化。5指出微觀與宏觀描述對(duì)象的本質(zhì)區(qū)別]在宏觀世界，牛頓力學(xué)中客體的形在運(yùn)動(dòng)中我們認(rèn)為是不變的，相對(duì)論力學(xué)中，“形”的變化變換成背景時(shí)空的變化，客體的“形”又可看作不變。對(duì)于宏觀質(zhì)點(diǎn)力學(xué)，“形”的大小與討論的問題相比可以忽略，被描述的客體變成了質(zhì)點(diǎn)。對(duì)客體狀態(tài)的描述只能是質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的軌跡。質(zhì)點(diǎn)是“實(shí)”的，有確定的能量、動(dòng)量、位置和時(shí)間，質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的軌跡也是確定的，宏觀經(jīng)典力學(xué)中客體的運(yùn)動(dòng)方程則是對(duì)這種運(yùn)動(dòng)軌跡的

13、描述。在微觀世界，電子等客體的“形”人們無法直接看到，對(duì)“形”——現(xiàn)象實(shí)體的認(rèn)識(shí)只能通過實(shí)驗(yàn)——原子發(fā)光的強(qiáng)弱來建構(gòu)。通過原子發(fā)光實(shí)驗(yàn)建構(gòu)起來的微觀粒子的“形”是變化的，而且在原子中作質(zhì)點(diǎn)抽象時(shí)“形”的影響不可忽略，這就決定了我們對(duì)微觀客體的描述不能象對(duì)宏觀客體那樣去描述質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的軌跡，人只能是對(duì)“形”的變化進(jìn)行描述。薛定諤方程描述的是牛頓時(shí)空中微觀客體“形”的變化規(guī)律，它本質(zhì)上不是描述質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的方程。作了“形點(diǎn)轉(zhuǎn)換”(歸一化之后)之后

14、，希爾伯特空問是波動(dòng)的，具有實(shí)體性質(zhì)，質(zhì)點(diǎn)是虛的，飄忽不定，這樣的質(zhì)點(diǎn)也不具有實(shí)體軌跡的特征，它是“實(shí)體質(zhì)點(diǎn)”的“幽靈”。薛定諤方程這時(shí)既可以說是空間曲率變化方程，也可以說是概率演化方程，它是決定論的?？傊枋鑫⒂^世界的薛定諤波動(dòng)方程不是描述微觀客體質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡方程，而是描述對(duì)微觀客體建構(gòu)起來的“形”的變化規(guī)律的方程——曲率變化方程。不是微觀客體自身運(yùn)動(dòng)沒有軌跡，而是我們通過實(shí)驗(yàn)無法知道它的軌跡運(yùn)動(dòng)，我們通過實(shí)驗(yàn)建構(gòu)起來的是對(duì)其“形”