何祚庥 量子力学中的粒子,并不是通常牛顿力学里所定义的粒子,因为它们不能同时具有确定的位置和动量。量子力学中的波,又不等同于通常

来源: 2010-10-07 15:57:50 [博客] [旧帖] [给我悄悄话] 本文已被阅读:

首先是量子力学深化了人们对物质和运动的基本规律的认识。古典物理学所追求的一个崇高理想,就是自然界将能由一系列的微分方程或偏微分方程组所描述,在给定的始值条件和边值条件下,人们将能描述和预测世界发展的一切细节。
  
  天体物理学家拉普拉斯曾认为:如果有一个智能生物能确定从最大天体到最轻原子运动的现时状态,就能按照力学规律推算出整个宇宙的过去状态和未来状态,这又称为拉普拉斯式的决定论。
  
  19世纪的机械论自然观的破灭,并没有改变这一决定论的自然观,只不过由电磁图像代替了力学图像。19世纪下半叶发展出来的统计力学首先把统计规律引人物理学,但是统计力学所探讨的对象,往往是数达1013的粒子,以致统计涨落所引起的偏差,完全可以忽略。统计力学所给出的预测,仍然是确定的或“决定论”式的预言。
  
  量子力学打破了这一思维定式。量子力学虽然是微观世界的基本特征—“波粒二象性”的深刻反映和概括,但是这一“波粒二象性”的物理实质,并没有立刻弄清楚。一个显然的事实是,量子力学中的粒子,并不是通常牛顿力学里所定义的粒子,因为它们不能同时具有确定的位置和动量。量子力学中的波,又不等同于通常的牛顿力学里的机械振荡中的波,如声波,因为这种“波包”又能扁缩为粒子。量子力学的另一位奠基人玻恩,提出几率波的概念。量子力学中的波,所描述的是粒子在空间分布或动量分布的概率。所以,量子力学的方程式,一方面在形式上是决定论的,亦即一旦给定了始值条件和边值条件,“波包”就会严格地按照薛格方程式所决定的演化方向而前进;但是量子力学中的“波包”在物理的解释上,却又是概率论的,亦即量子规律是决定论的和随机论的规律的统一。
  
  量子规律的出现,丰富了人们对自然界发展规律的认识。例如,在生物体发展中虽然有遗传又有变异,但物种的演化,却又按照达尔文所指出的物种要向不断进化方向发展。其本质上的原因,就是自然规律不仅是有决定论的,而且也是有概率论的或随机论的。
  
  自然规律是决定论和随机论的深刻的统一。
  
  同样,对于社会发展的规律来说,社会历史发展的规律是一元的,亦即是按照广大人民群众所期待的人类进步的方向而发展;但另一方面这一规律的表现又是随机的,亦即通过各种偶发事件,甚而是戏剧性的事件来实现的。但是,由于人类是有认识能力的生物,所以,有组织的人群将能依据他们对社会发展规律的某些认识,促进或促退历史向前进方向的发展。但总的来说,社会历史发展的规律是“一元化”和“多样性”的统但是,由于人们习惯用古典物理学的思维定式来看待物理学新发生的问题,这就导致两种认识,或者认为“上帝并不投掷散子”,因而要求修改量子力学,使量子力学满足决定论的模式;或者就偏向于另一极端,认为理论的“目的不在于揭露现象的实在要素,而在于尽可能地在我们的经验种种方面之间追寻出一种关系”。
  
  从自然观的角度来说,量子力学还第一次打破了不连续形态物质和连续形态物质间的“硬而分明”的界线,使自然界走向连续物质形态和不连续物质形态的统一。
  
  其次,量子力学的发现还诱发了激烈的哲学的争论。量子力学的规律本质上是统计性质的规律。统计规律的实现,必定伴随着大量事例的统计;每一次的测量就必定破坏粒子所处的原来的状态,每次测量必然出现有“波包”的“扁缩”。

这正如投掷一个般子,其结果必定或者是“红四”,或者是“黑六”,……也就是在概率的测量中,必定是破坏了原来的概率,实现未定状态,在测量后就“扁缩”到某一确定的“本征态”如“红四”或“黑六”,……。相当一些初学者,或者对量子规律的特点理解不深者,就或者惊讶于为什么测量后波函数必定归结为和测量相应的本征波函数,或者就进一步怀疑量子状态的本来面貌不可知。所以,在中国的某些研究量子力学哲学问题的人士,就会去认为“微观世界的‘本来面目’或‘自在状态’不可捉摸”,认为“认识不是‘实际事物’的反映,知识也不是‘真理’或‘真实’的简单近似”,因为“在量子测量过程中,必定伴随有仪器的干扰”。柳树滋甚而认为“人类总是带着‘有色眼镜’去看待微观世界,这一‘有色眼镜’是永远也无法摘除的。”所以,所谓的量子力学的“规律”就只能是主客观相互作用的结果。至于金观涛更借此而大谈特谈所谓的“客观性危机”。也甚而鲜明地提出,“月亮在无人看它时确实不存在”,“唯物主义今天已被证伪了”!这就是在1988年到1990年间,在中国的土地上所出现的,有关量子力学哲学问题的一场争论。其争论的焦点就在于:1)在微观领域中是否存在不依存人们意识的客观实在;2)如果在微观领域内存在着这样一种客观实在,它们能否被人们所认识。2000年7月,本文作者在北京师范大学出版社出版了一本新著— (现代物理学研究中的哲学问题的三大论战》,就纪录了在中国土地上出现的这场争论,并做了(一个评述》。