一个粒子出现的地点被确切地确定即在这一位置存在一个缩拢到很小空间的波包 这样波包不稳定，会立刻分散开

来源: marketreflections 于 2009-08-10 15:11:03 [] [博客] [旧帖] [给我悄悄话] 阅读数 : (6599 bytes)

量子力学解释理论的建立及发展 （厚宇德） Post By：2009-2-21 10:04:00







……以前，人们从来不曾认为实物粒子与波能统一为一体，因为波总是在空间传播的，而实物粒子则是凝聚的、定域的。德布罗意先后提出两种模型。其一是导波说：一个实物粒子仿佛坐在一个波上，随波而行。其二是波包说：粒子是波的一种紧凑结构——波包……德布罗意的波粒子统一模型遭到否定。
……与德布罗意一样，薛定谔认为粒子是一个波包。波函数ψ描写波包的运动状态，ψ描写实在的波。他还用波的干涉衍射来取代玻尔的定态和跃迁……他对ψ的理解是错误的。按他的观点电子会很轻易被分开。
玻恩给出了薛定谔的波函数ψ的统计诠释。他认为，物质波并不象经典波代表什么实在的波动，只不过是指粒子在空间的出现符合统计规律……玻恩提出统计诠释后，曾说：“爱因斯坦的想法仍然是指导性的。他将光波振幅的平方看成是光子出现的几率密度……”





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根据测不准关系，如果一个粒子出现的地点被确切地确定，用波的图象来说即在这一位置存在一个缩拢到很小空间的波包。这样波包不稳定，会立刻分散开。这用粒子图象来说意味着不能赋予这粒子运动速度任何确定数值及方向，即粒子位置知道得越准，粒子速度（动量）越不确定，反之亦然。
海森伯说：“不用深入到问题的细节我们就可以确定，观测行为在被观测事件上所引起的那部分原则上不可控制的干扰，是讨论原子现象时起决定作用的一个特征。”哥本哈根学派认为粒子具有波粒二象性其缘由不是粒子的自身特性，而是由于外加测量对粒子的干扰造成的。
……互补原则不过是在无计可施情况下对自然奥秘无可奈何的默认。充其量也只是对玻恩和海森伯工作的总结，并没给出什么更新的内容。现在基本公认测不准原理是互补原理的数学基础。哥本哈根量子论观点认为“原子物理学搞的是最基本的不可再分的过程或实体，不存在更小的微量可用来使观察不产生有影响的干扰”，所以，“测不准关系将永远坚持下去”，因此，“量子力学是一种完备的理论，它的基本数学或物理学的假设不容进一步修改”。这完全是固步自封。





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爱因斯坦自己不仅创立了光量子说，他还直接影响了德布罗意和玻恩，这二人的工作完全可以说是爱因斯坦思想的发展。但爱因斯坦一直是反对哥本哈根学派的领袖。分歧在于，虽然爱因斯坦早在1901年就独立于吉布斯提出统计力学的一些基本原理，但在他看来，统计规律绝不是关于自然的最终理论。他称自己的光量子理论为一种权宜之计。他认为，终极理论应该对任何物理客体都存在因果性描述，而这恰恰是哥本哈根学派自称完备的理论所不具备的，波函数的统计诠释无法对一个电子的行为做出因果性预测。
物理学史上给人的印象仿佛爱因斯坦最后的反击方向的选择是节节败退的结果。其实爱因斯坦的几次发难，思想是前后一致的。他说：“我对统计性量子理论的反感，不是针对它的定量的内容，而是针对人们现在认为这样处理物理学基础在本质上已是最后方式的这种信仰”……“EPR悖论”论证了在对体系Ⅰ的测量不干扰体系Ⅱ的情况下，不能同时确切测量的两个量，能同时具有确定的值，因此量子力学是不完备的，粒子的本性并非不确定的。爱因斯坦还论证了量子力学存在如下悖论：两个相互作用后在空间分离开来已不再互相影响的量子系统，对其中一个的测量将会影响到另一个的状态。他敏锐地指出，这是由于某些尚未发现的因素即“隐变量”引起的。否则“要么量子力学是不完备的，要么存在超距作用”。
贝尔改进了EPR悖论，论证了任何局域性隐变量理论都不能给出量子力学的全部统计性预言。斯塔普把贝尔的发现进一步表述为广义贝尔定理：没有任何局域性理论能重复给出量子力学的全部统计性预言内容。说明当前的量子力学本质上是非局域性的，允许超距作用存在。量子力学非局域性的发现，为深入揭示量子现象的本质提供了一条途径：对超距作用的研究有可能弄清测量仪器对微观客体的作用机制，这样，测不准关系也有机会受到真正的检验。





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玻姆是在爱因斯坦的直接激励下，从事量子力学隐变量理论研究的。量子力学的隐变量理论可作如下定义：一个量子力学系统的态ψ是不完备的，即系统需要由ψ以及隐变量ξ共同确定。亦即关于（ψ，ξ）的完整知识可以使人们精确地预言任何单次测量的结果；而且，对ξ值取平均将得到通常量子态ψ。开始玻姆把粒子的坐标与速度视为隐变量。其实关于粒子的变量无所谓隐不隐，因此他后期已不再使用隐变量这个名称了。
冯·诺伊曼首次对隐变量的可能性作出了否定性数学论证。而玻姆一方面坚持爱因斯坦关于量子力学对物理实在描述不完备的观点，另一方面，又采纳玻尔关于量子现象整体性相关的观点（即允许超距作用存在），使得他能避开冯·诺伊曼论证的制约。他将波函数写成指数形式：ψ=Rexp(-2πiS/h)，代入薛定谔方程后可以得出量子力学的哈密顿—雅可比方程：dS/dt+(dS/dx)^2/2m+V+Q=0，其中Q=-hh/(8ππm)[ddR/(dx)^2]/R称量子势。
玻姆根据哈—雅方程认为：在量子力学领域，微观粒子具有本体论意义。即理论中的粒子应视为实实在在的连续运动的粒子，它具有动量P=dS/dx，不仅受经典势V的作用，还受量子势Q的作用。而按量子力学本质上电子既不是粒子也不是波。我们不能一步一步跟踪原子中电子的路径，否则我们会发现电子是波还是粒子。
量子势的存在乃是经典理论与量子理论之间差别的主要源由。由量子势的定义式可知它与关联的粒子的波函数的强度无关，仅依赖于波函数的形式。因此，即使这个波由于在大距离上传播而扩散开来（R^2→0），量子势也可能有很强的效应（即△R/R并不必然趋于零）。玻姆的研究表明：只要承认即使在没有经典场的“空”的空间里粒子仍受到一个不随距离的增加而衰减的量子势的作用，就能解释波粒二象性（这就是玻姆波粒统一解释的新观点）。这一观念称量子力学的AB效应，最初由阿哈拉洛夫和玻姆二人于1959提出。
玻姆还完成了不同于哥本哈根学派的测量理论，在新测量理论中，客观的微观存在既独立于测量仪器，又独立于人的意识，使得对于一次具体的跃迁何时发生的问题能够进行预测。
显然，玻姆的工作具有重大意义，只要人们对量子势的物理图象有更深刻的认识，量子势被证为真实的，则为爱因斯坦与玻尔的争论画下句号的时期就到来了。但超距作用对相对论的冲击以及量子势对量子力学的冲击使我们有必要重新考察它们的适用局限等。

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