能带理论的失败是因为,在这些固体氧化物里,电子体现的是粒子性.电子之间的相互作用不是波的形式,是粒子之间的相互作用,而且与位置相

科学外传(3)------量子力学的波粒二象性和不确定性 字体[大 中 小] 颜色[蓝 绿 黑]

分类：其它 创建于：2006-07-31 被查看：2283次 [收藏：日记|作者] [评论]


科学外传(3)------量子力学的波粒二象性和不确定性

量子哲学是在量子力学基本创立后,那些欧洲,尤其是德国的量子力学创立者们因为有很好的哲学背景,就量子力学这一被认为是最神秘但最好的一种物理理论,提出了哲学思考.

一方是以Bohr(半经典量子力学即原子轨道结构思想的创立者),Heisenberg(不确定性原理的发现者)等为代表的根本哈哥学派.他们的理论被称为是互补性原理.基本点就是,客观物体(object)是不确定的,也就是说即使人们能够认识object,但是他与真我(in themself)不是唯一确定的关系,与测定或者外在条件有关联.还有就是即使是测定的条件确定,也还是具有不确定性.因为量子力学的微观粒子,即物质波是机率波.也就是说即使测定的条件是确定的,该测定发生也还是具有不确定性,有概率,统计的本质包含在内.

我们现在都知道光是微观粒子,具有波粒二象性.如果是用Yang实验,则体现的是波动性;而如果是光电效应,则是粒子性.所以,光到底是粒子还是波,测定实验是关键.并且在他们的粒子性或者是波动性的测定都遵循机率的规律.我们后面将会发现,这个机率的本质在人类的认知过程或者在心理学上发挥着更为奇妙的作用.

这神秘的微观粒子波粒二象性,与物理学的不确定性原理想统一.所谓不确定性原理就是,对於位置和速度,能量和时间,是不能同时精确确定.简单地来说,对於粒子性,它可以由位置和时间来描述;在位置和时间可以很确定的前提下,他们遵循牛顿力学的原理.而对於波则是用速度即频率和能量来描述;用统计热力学,波函数的迭加和机率来确定.

就波粒二象性来理解人类的认识和测定.任何物体都具有波粒二象性,这是不随时间地点变化,总是互相如影随行.而人们的认识,或者是实验测定则只能测定到一个性质,测定到的不是它的粒子性,就是波动性,决不能在一次测定中同时发现物体既有粒子性,又有波动性.但每个粒子性或者波动性的测定里都包含有对方的影子.

这与中国的阴阳论有异曲同工之处.既没有没有阴的阳,也没有没有阳的阴.阴阳是互相依存,互为存在的理由.并且当阴盛,阳必衰,而阳盛则阴衰.不能同时既阴盛阳也盛,也不能阴衰阳也衰.既然测定的是粒子的性质,就不能在同一次测定发现波动的性质.但决不能说因为测定的是粒子性,就否定波动性的存在,也不能否定波动性影响.正是这样的关系影响着人类的认识认知水平.

波粒二象性是理解很多物理规律的基础.比如说固体物理学,是最早的把量子力学运用于固体的理论,有一套系统的方法,提出了著名的能带理论,发现了半导体和微电子技术,对科学和技术的发展起了很重要的作用.在能带理论里,有一个重要的方法就是倒空间的引入.在倒空间里,动量和频率等物理量有明确的物理意义.这是因为在倒空间即动量空间里,粒子的波动性得到了体现.所以,金属和半导体固体里,电子这微观粒子以波的形式在运动.

但当人们把这著名的能带理论用于解释后来的伟大的金属氧化物等的超导,巨磁阻等现象则是糟糕不堪.成堆的科研论文都不能很清楚的说明在实验都是板上钉钉般的事实.直至后来到了大概90年代后期,人们陆续开始意识到用轨道,电荷,自旋和晶体结构等概念来解释这些现象.最伟大的事情就是在对於自旋这一物理量研究,创立了自旋电子学,这是继微观电子学后的新的领域,关键的意义在於他可以帮助发明量子计算机.那么在量子计算机时代,结合关于生物学的研究成果,人类也许会成为了传说中的外星人.当然是现实是世界经济的一体话,而美国军事的一极化,也许人类的贪心都没有耐性等到那个时代?

那么能带理论的失败是因为,在这些固体氧化物里,电子体现的是粒子性.电子之间的相互作用不是波的形式,是粒子之间的相互作用,而且与位置相关.所以,在能带理论里的波动空间里的有明确物理意义的物理量,在粒子空间里,没有什么威力.所以,即使是在辛辛苦的劳动都是劳苦功不高,因为出发点有问题.

从固体能带理论在固体氧化物的失败说明真正理解波粒二象性的重要性,并且在我们的将来讨论中也着重要的作用.

反对Bohr等在量子力学基础上的不确定性,爱因斯坦先生提出"上帝是在掷骰子"的疑问.就此有两个著名的思想实验,Schrodinger的死活猫和EPR悖论.Schrodinger的死活猫里,用不确定性来说这死活猫就是在没有打开箱子,看到猫的死活以前,这猫既是死的又是活的,至於死活没有人知道,因为打开箱子这一测定还没有进行.这很容易理解为猫的死活与猫本身没有关系,而只是与人的打开箱子的行为有关.这似乎是与人们的常识背离?

而爱因斯坦的EPR思想实验里,认为不确定性是背离常识的.好在最近的实验似乎验证了EPR思想实验,但又有新的关于时间的问题出现(???).好在我们很荣幸可以不管这些具体的知识,只要知道这矛盾就是了.