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量子力学诠释的困难主要在于:人们将量子力学看成是微观的直接描述,概括和总结;而不是将量子力学看成是间接的,通过解读量子密码来获取微观信息的;即人们将量子力学看成是客观的真实反映,量子力学反映的现象就是客观的真实表现,将量子力学看成 是真实的物理理论,没有将量子力学看成是一种方法或手段。在这种认识观指导下,必然造成量子力学诠释的困难或无法得到合理,客观的诠释。量子力学形式体系建立后,寻求形式体系诠释的问题,苦恼了整个科学界和科学技术哲学界,至今还没有一种所谓绝对标准诠释。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,量子力学解释体系的混乱和不足及与相对论深层次的尖锐矛盾,使得全世界没有一个物理学家完全懂得量子力学,其原因是波函数没有相应的物理图像和量子框架无法相容量子测量问题。 量子力学是将有定域性的的客观世界转化为非定域性的波动及其理论来进行描写的。这是一种变换方法你的描写,并没有改变客观世界的本质,也不代表客观世界客观世界就有这样的性质;换句话说,量子力学是将经典波动理论(成熟的简谐波动理论)与德布罗意波结合而形成的理论。将粒子赋予波动性是因为量子力学描述的需要,不是客观存在。正如玻尔所说的:“根本就不没有什么量子世界,仅仅只有一个抽象的量子物理描述。认为物理学的任务是发现自然是怎样的观点是错误的,物理学关心的是我们关于自然能说什么”。的确不存在量子世界,量子世界是因函数转换而形成的假象。量子世界是由量子化引起的,量子化的实质是将光的动能同普朗克能量子;将粒子的动能同德布罗意波等同起来,再经过薛定谔方程来描述世界的。要解读量子力学必须弄清楚波所表达的物理图象是什么,它的物理意义是什么,即波的本质。波是什么?电子波,地震波,水波,声波,光波,辐射波,引力波等一系列波都带表着什么?物理学对波的认识是和水的类比开始的,并产生的图像。波是存在的物理概念,还是对一类周期运动的概括?例如:单摆是摆锤的往复的周期运动,摆锤并不是一条摆动的波动线。简谐波就是可以化为三角函数的周期振动,简谐指的是三角函数的简谐性,只要是周期振动的线性运动都可以化为三角函数的简谐波函数来描写。客观世界不存在一条波动前进的波和轨迹,所有的波都是力,能量等物理量等周期变化的图像,不是运动的波动。水波是波幅向外的振荡传播,水波各质点并没有向四周前进,而是在上下摇曳。因此,简谐波是将周期运动的化为三角函数一类运动的总称。在经典力学中光的运动被化成简谐波来描写,光的运动是球对称的放射性的膨胀传播,不是波动前进。对波的测量实际上是对波的函数图像进行测量,即对波函数的理论图(纸)进行测量。我们知道波动是无法同时测量位置和波长的,要确定位置就要损失波长,要确定波长就无法确定位置,即在图纸上波是测不准的。由此我们得到两点:1波是理论存在,粒子是客观存在。2测不准是理论上测不准,跟现实没有关系。在光具有波粒二象性的启发下,法国物理学家德布罗意(1892~1987)在1924 年提出一个假说,指出波粒二象性不只是光子才有,一切微观粒子,包括电子和 质子、中子,都有波粒二象性.他把光子的动量与波长的关系式p=h/λ 推广到一切微观粒子上,指出:具有质量m 和速度v 的运动粒子也具有波动性,这种波 的波长等于普朗克恒量h 跟粒子动量mv 的比.即λ= h/(mv).这个关系式后来就叫做德布罗意公式.前文指出:客观不存在波动现象,波动是理论图像不是客观物理图像。德布罗意波是将物质粒子的质量,动量和能量带入三角函数的简谐波函数来描写,即运用光子的膨胀能量和粒子的动能等同起来,即德布罗意动量关系,将粒子周期运动同简谐运动建立起关系,将粒子周期运动图像化为粒子受力,或能量的周期振动图像来描写。这样就给简谐波输入了质量,动量,能量等相关的物理量,这样带有德布罗意波物质信息的简谐波动力学就是量子力学。量子力学的几率波是粒子作用力或能量分布的振动图像。量子力学是通过德布罗意波进入微观世界的,她将微观周期运动图像转换为宏观的简谐振动图像来描写。由此我们可以得出,在量子力学中,波粒二象性可解释为:波是理论图象,粒子是客观存在。波动图象不是运动的轨迹,它是运动的振动图象。单摆运动不是波,而是摆锤的左右摆动;但是它的运动可以转化为摆锤的受重力或势能的振动图象来描述,这样摆锤运动就被人们赋予了波的性质。量子力学是通过解读量子密码来获取微观信息的,量子密码是波函数所传达的微观信息。波函数是微观世界的传感器,通过解读传感器所传来的量子密码,量子力学来构画出微观世界的图象的。量子力学是将原子等微观系统中粒子受力或势能的周期性变化,转化为简谐的振动图象来加以描写的。在探索微观的世界的进程中,由于原子中电子绕原子核运动的周期是瞬间的,几乎是不可捉摸的(见博文《新原子模型》)很难用运动轨迹和轨道方程来描写,用经典的轨道方程是很难进入微观世界的。德布罗意无意识的架起了一条微观与宏观勾通对话的通道,量子力学借用经典电磁波的图象和成熟的振动与波的数学模型,用德布罗意波巧妙的将粒子赋予了波的行为。将粒子的运动状态转化为粒子在系统内的周期振动状态来描述;也就是说,将粒子在系统中的运动轨迹,转化为粒子受力或势能周期振动的振动函数,再用经典的波动理论来描述的。我在博文《波的本质》中已经说明波是力周期振动的图象,这是问题的关键。所以说,量子力学是研究波函数的学问,德布罗意假设是它的精髓。量子力学是处在数学和物理学中间的学问,它不管微观状态如何,甚至也不管物理本质和概念,它只管将粒子的运动转化为振动的状态函数,用振动波的形式对其描述的。既然粒子运动可以用波来描述,那么粒子的运动就化成了一条周期振动波的曲线,粒子也就有波动性了,这就是粒子“波粒二象性的真实物理内容。既然粒子有波动性”,结合德布罗意“通道”,就得出了“海森伯不确定关系”。
     在量子力学中,海森伯不确定关系,动力学算符,波函数和薛定谔方程都含有德布罗意波的物质信息和经典波函数的周期振动性质。从数学上讲,量子力学波函数和方程同经典波动力学没有本质的区别;从物理上讲,量子力学波函数和方程携带有粒子能量,动量等信息,而经典波动力学则不带有这些信息。如果将德布罗意能量,动量等物理量同经典波动力学相结合,就形成量子力学。将量子测量问题排除在量子力学形式体系之外,就消除了量子力学还原问题的三大死结,打通了还原之路,将量子力学和经典力学统一在一个理论体系中。量子力学理论体系的真正确立是由德布罗意波的引入开始的,这时量子理论体系具有了力学的基本性质,动力学变量,算符和方程都赋予了物质粒子的动力学性质,从数学变换转化成物理作用。德布罗意波沟通了宏观与微观的对话,是通向量子还原中的一座精美之桥。笔者的《解读量子力学》一文率先走上了这座还原之桥,将量子力学还原到经典波动理论之中,使量子力学和经典力学得到完美的统一。在科学哲学中,还原论的终极目标是科学的统一,所以它的含义主要是建立理论之间的一种关系。物理学家一直试图把经典力学统一在量子力学体系中,而现在情况恰恰相反,量子力学被经典力学所统一了。这种情况是物理学家意想不到的,也是不情愿的;一个成功描述微观世界的量子力学竟是一个唯象的理论,竟被经典力学所统一。
       量子测量问题已超出了量子力学理论体系。量子测量问题一方面和量子理论体系有某种关联,另一方面又和空间的本质分不开。空间的本质已不是量子力学体系所能相容的,空间的本质是科学大统一的问题,是世界的本源和本质的问题。由于空间的本质问题还没有搞清楚,量子测量问题自然也就得不到解决。量子测量问题是真空的本质问题,笔者的《解读量子力学》一文认为系统的1/f低频噪声是空间能量的一种状态,是形成退相干和波包坍缩的本质。量子力学不包括测量部分是完备的,逻辑统一的。将带有空间本质的量子测量问题统一在一个理论中,必然是不完备的,出行主观意识介入的量子力学诠释是难免的。《解读量子力学》一文有可能是代表中国人率先完成量子大还原的,同时有可能结束量子力学诠释的混乱局面,还量子力学一个真实的本来面目。
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  • quote 1.游客2010-8-17 5:40:59
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    “量子力学中有一个海德堡测不准原理,该原理认为:当观测电子等量子的时候,观测仪器发射的光子就能对量子产生作用,从而影响量子的运动,这样,当对于量子位置的测量越准确的时候对于其动量的测量就越不准确,相反亦然。

    海森伯(Werner Heisenberg)教授于1927年在德国最高的学府海德堡大学的一场量子物理学实验,得出一个举世震惊的实验结果,写一篇论文创出了"测不准原理",海森伯因此得到了1932年的诺贝尔物理学奖。
    这场实验结果影响了英国与德国哲学界及社会学界的学术大战,有名的英国哲学大师卡尔波普(Karl Popper)一个人对整个法兰克福学派进行了大辩论,卡尔波普(Karl Popper)认为人类的历史是无法预测的。没有人能否定人类知识对人类历史的发展是有很大影响的。但是知识也是无法被预测的,例如当我们预测若干年后会发明一套比相对论更伟大的理论出来,并且把理论的内容也预测出来。如果有人作了这个预测,事实上就表示这一套理论知识现在就已经具备了,因此知识是无法被预测的,他主张“凡无法用经验证明的都应加以排斥于科学之外,科学与寻求确定性、或然性或可靠性没有关系,真理是目前还没有发现的东西,我们只有靠不断检验现存的道理,不断试图证明它们的谬误,来取得一点进步”。

    不确定性原理
    定义
      又名“测不准原理”、“不确定关系”,英文"Uncertainty principle",是量子力学的一个基本原理,由德国物理学家海森堡于1927年提出。
      该原理表明:一个微观粒子的某些物理量(如位置和动量,或方位角与动量矩,还有时间和能量等),不可能同时具有确定的数值,其中一个量越确定,另一个量的不确定程度就越大。测量一对共轭量的误差的乘积必然大于常数 h/2π (h是普朗克常数)是海森伯在1927年首先提出的,它反映了微观粒子运动的基本规律,是物理学中又一条重要原理。
    [编辑本段]理论背景
      海森伯在创立矩阵力学时,对形象化的图象采取否定态度。但他在表述中仍然需要使用“坐标”、“速度”之类的词汇,当然这些词汇已经不再等同于经典理论中的那些词汇。可是,究竟应该怎样理解这些词汇新的物理意义呢?海森伯抓住云室实验中观察电子径迹的问题进行思考。他试图用矩阵力学为电子径迹作出数学表述,可是没有成功。这使海森伯陷入困境。他反复考虑,意识到关键在于电子轨道的提法本身有问题。人们看到的径迹并不是电子的真正轨道,而是水滴串形成的雾迹,水滴远比电子大,所以人们也许只能观察到一系列电子的不确定的位置,而不是电子的准确轨道。因此,在量子力学中,一个电子只能以一定的不确定性处于某一位置,同时也只能以一定的不确定性具有某一速度。可以把这些不确定性限制在最小的范围内,但不能等于零。这就是海森伯对不确定性最初的思考。据海森伯晚年回忆,爱因斯坦1926年的一次谈话启发了他。爱因斯坦和海森伯讨论可不可以考虑电子轨道时,曾质问过海森伯:“难道说你是认真相信只有可观察量才应当进入物理理论吗?”对此海森伯答复说:“你处理相对论不正是这样的吗?你曾强调过绝对时间是不许可的,仅仅是因为绝对时间是不能被观察的。”爱因斯坦承认这一点,但是又说:“一个人把实际观察到的东西记在心里,会有启发性帮助的……在原则上试图单靠可观察量来建立理论,那是完全错误的。实际上恰恰相反,是理论决定我们能够观察到的东西……只有理论,即只有关于自然规律的知识,才能使我们从感觉印象推论出基本现象。”
      海森伯在1927年的论文一开头就说:“如果谁想要阐明‘一个物体的位置’(例如一个电子的位置)这个短语的意义,那么他就要描述一个能够测量‘电子位置’的实验,否则这个短语就根本没有意义。”海森伯在谈到诸如位置与动量,或能量与时间这样一些正则共轭量的不确定关系时,说:“这种不确定性正是量子力学中出现统计关系的根本原因。”
      海森伯测不准原理是通过一些实验来论证的。设想用一个γ射线显微镜来观察一个电子的坐标,因为γ射线显微镜的分辨本领受到波长λ的限制,所用光的波长λ越短,显微镜的分辨率越高,从而测定电子坐标不确定的程度△q就越小,所以△q∝λ。但另一方面,光照射到电子,可以看成是光量子和电子的碰撞,波长λ越短,光量子的动量就越大,所以有△p∝1/λ。经过一番推理计算,海森伯得出:△q△p=h/4π。海森伯写道:“在位置被测定的一瞬,即当光子正被电子偏转时,电子的动量发生一个不连续的变化,因此,在确知电子位置的瞬间,关于它的动量我们就只能知道相应于其不连续变化的大小的程度。于是,位置测定得越准确,动量的测定就越不准确,反之亦然。”
      海森伯还通过对确定原子磁矩的斯特恩-盖拉赫实验的分析证明,原子穿过偏转所费的时间△T越长,能量测量中的不确定性△E就越小。再加上德布罗意关系λ=h/p,海森伯得到△E△T<h,并且作出结论:“能量的准确测定如何,只有靠相应的对时间的测不准量才能得到。”
      海森伯的测不准原理得到了玻尔的支持,但玻尔不同意他的推理方式,认为他建立测不准关系所用的基本概念有问题。双方发生过激烈的争论。玻尔的观点是测不准关系的基础在于波粒二象性,他说:“这才是问题的核心。”而海森伯说:“我们已经有了一个贯彻一致的数学推理方式,它把观察到的一切告诉了人们。在自然界中没有什么东西是这个数学推理方式不能描述的。”玻尔则说:“完备的物理解释应当绝对地高于数学形式体系。”
      玻尔更着重于从哲学上考虑问题。1927年玻尔作了《量子公设和原子理论的新进展》的演讲,提出著名的互补原理。他指出,在物理理论中,平常大家总是认为可以不必干涉所研究的对象,就可以观测该对象,但从量子理论看来却不可能,因为对原子体系的任何观测,都将涉及所观测的对象在观测过程中已经有所改变,因此不可能有单一的定义,平常所谓的因果性不复存在。对经典理论来说是互相排斥的不同性质,在量子理论中却成了互相补充的一些侧面。波粒二象性正是互补性的一个重要表现。测不准原理和其它量子力学结论也可从这里得到解释。 ”

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