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1、量子力學(xué)波函數(shù)的新解釋——西安重裝渭南光電科技有限公司賈偉東摘要:量子力學(xué)無疑是20世紀(jì)在研究微觀粒子領(lǐng)域最成功的力學(xué),但自它誕生之日起,帶給人們的爭論與困惑卻曾沒有停息過,特別是波函數(shù)概率解釋中引進(jìn)觀測坍縮,使它幾乎淪為了一門“玄學(xué)”,這與其成功的物理價(jià)值不相匹配,那么,我們應(yīng)怎樣理解波函數(shù)呢?這需要我們理解微觀粒子波函數(shù)的本質(zhì),本質(zhì)一旦明晰,我們就可以將“意識”的幽靈從物理學(xué)中趕出去。關(guān)鍵詞:波粒子物質(zhì)波波粒二象性波函數(shù)波包坍縮自旋能量勢場0、引言自德布羅意于1924年提出的德布羅意假說,表明每一種微觀粒子都具有波粒二象性。電子
2、也不例外,具有這種性質(zhì)。電子是一種波動,是電子波。電子的能量與動量分別決定了它的物質(zhì)波頻率與波數(shù)。既然粒子具有波粒二象性,應(yīng)該會有一種能夠正確描述這種量子特性的波動方程。薛定諤從哈密頓-雅可比方程成功地推導(dǎo)出薛定諤方程。從此,量子力學(xué)有了一個嶄新的理論平臺。薛定諤給出的薛定諤方程能夠正確地描述波函數(shù)的量子行為,但是,物理學(xué)家尚未能解釋波函數(shù)的涵義,薛定諤嘗試用波函數(shù)來代表電荷的密度,但遭到失敗。1926年,玻恩提出概率幅的概念,成功地解釋了波函數(shù)的物理意義??墒?,“意識”的幽靈也進(jìn)入了物理學(xué)的大廈,使得能夠成功應(yīng)用于微觀粒子世界的物
3、理學(xué)幾乎淪為“玄學(xué)”。就此問題,我想從以下幾個方面作以剖析,對波函數(shù)的物理意義提出新的一種解釋。1、波的本質(zhì)1.1量子力學(xué)的波量子力學(xué)和相對論是近代物理學(xué)的兩大支柱。量子力學(xué)理論體系的自洽性及其與實(shí)驗(yàn)事實(shí)的符合,已經(jīng)得到學(xué)術(shù)界的公認(rèn),但是對它的基本概念的理解與解釋,也就是量子力學(xué)的詮釋問題,還一直存在著爭論。這些爭論主要集中在如何理解波粒二象性和測不準(zhǔn)關(guān)系,以及以玻爾為首的哥本哈根學(xué)派由此發(fā)展出來的互補(bǔ)原理上。當(dāng)前大多數(shù)物理學(xué)家比較傾向于接受哥本哈根學(xué)派的解釋,而稱其為量子力學(xué)的正統(tǒng)解釋。正統(tǒng)解釋:物質(zhì)波是用波函數(shù)Ψ(r,t)來描述
4、的具有確定能量和動量的平面波。無論將波是由粒子組成或粒子是由波組成的看法都是錯誤的,波函數(shù)Ψ(r,t)描述的物質(zhì)波是幾率波。但是,在解釋微觀粒子的各種現(xiàn)象時(shí),又是分離的,不統(tǒng)一的,一會是波,一會又是粒子,怪異的鬼波樣的解釋,特別是波包坍縮,竟然將意識引入到物理學(xué)中。這都是由于傳統(tǒng)的經(jīng)典物理中還沒有粒子波的可做比較的參比物,因此,詮釋方面再難以有更大的突破,只好任由意識的幽靈飄蕩在物理學(xué)上空。1.2波的本質(zhì)在經(jīng)典波動物理學(xué)中,波依賴于物質(zhì)——波媒介(不是波載體)——而存在,且沒有介質(zhì),波就難以存在,故經(jīng)典波又為媒介波。而以粒子為載體的
5、載體波,是難以想象的了,即古典波中,沒有波動的粒子,即純物質(zhì)的物質(zhì)波的描述,故由此得出的波粒二象性的非物質(zhì)的物質(zhì)波也就不足為怪了。因?yàn)椋?jīng)典物理中,還沒有這類概念,粒子的波動,若要類比出更新的量子波的觀點(diǎn),純物質(zhì)的物質(zhì)波,真是難上加難。要跳出經(jīng)典物理的束縛是不容易的,雖然,互補(bǔ)的波粒二象性已經(jīng)是個偉大的創(chuàng)新,但是對于波的詮釋,依然留有經(jīng)典波的影子。我們要理解波粒二象性,首先要跳出經(jīng)典波的形象概念,要理解波的本質(zhì)。波的本質(zhì):具有[0,1]性的周期性變化。2、物質(zhì)波的本質(zhì)我們理解了波的本質(zhì)后,那么我們可以看一下真空中都發(fā)生了。2.1真空
6、真空本指沒有任何實(shí)物粒子存在的空間,但我們還是發(fā)現(xiàn)不時(shí)有基本粒子在真空中出現(xiàn)又消失,無中生有。真空具有如下性質(zhì):1)空非無。如果真空中沒有粒子,我們就會準(zhǔn)確的測出場(0)與場的變化曲率(0),然而海森堡不確定性原理表明,我們不可能同時(shí)精確地測出一對共軛量,所以,可以“空”,不能“無”。因此,在真空中,粒子不停地以虛粒子、虛反粒子對的形式憑空產(chǎn)生,而又互相湮滅,在這個過程中,總的能量保持不變。2)真空存在極性。因此說真空是不對稱的。但這種不對稱是相對局部的,在相對整體上又是對稱的,如此的循環(huán)嵌套構(gòu)成了真空的這個性質(zhì)。3)真空的每個局部
7、具備了真空的全體性質(zhì)。大和小是相對而言的。時(shí)間也是相對于空間而言的,時(shí)間不能脫離了具體的空間而單獨(dú)的存在。2.2物質(zhì)波的本質(zhì)從真空的性質(zhì)我們可以看到,物理上的真空實(shí)際上是一片不停波動的能量之海。當(dāng)能量達(dá)到波峰,能量轉(zhuǎn)化為一對對正反基本粒子,當(dāng)能量達(dá)到波谷,一對對正反基本粒子又相互湮滅,轉(zhuǎn)化為能量。這實(shí)際上,我們可以看成[能量,粒子]的一個周期性的波。再從薛定諤波函數(shù)Ψ(r,t)=Aexp[i/??(p·r-Et)]來看,我們拋開A,Ψ實(shí)際就是[非1,1]的一個周期性函數(shù)。因此,物質(zhì)波的本質(zhì)就是[非1,1]的一個周期性的波。3、波函數(shù)
8、的新解釋從上述對物質(zhì)波的本質(zhì)的分析,我們可以看出,波函數(shù)Ψ本身就是對微觀粒子的波的描述。當(dāng)Ψ為1時(shí),其是粒子性的;當(dāng)Ψ在非1到1的過程中,其是波動性的。如此,我們可以做這樣一個大膽的假設(shè):粒子非1的狀態(tài)是能量狀態(tài),1的狀態(tài)是粒子狀態(tài)。