关于量子的解释(5)物质结构理论的新篇章
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量子和量子力学是先有数学表述,后进行物理解释的理论。目前有三种公认的表述:薜定谔方程、 海森伯的矩阵力学和狄拉克的算符理论,并且在数学上是等价的。很显然,这三种表述应指向共同的物理现象,即关于量子的终结解释应能为量子力学多种不同的数学表述(至少包括已公认的三种)给出统一物理解释。
1926年,薜定谔方程继海森伯的矩阵力学之后不久发表,标志着全新的量子力学的诞生。矩阵力学明确地表明是来自于振动的分析,由于数学形式复杂目前在应用方面受到限制。薜定谔方程是量子力学的波动版本,通过方程的求解和推论,精确地解释了原子光谱的规律,是目前应用最广泛、给出解释最多的理论。关于算符理论以及电子密度泛函了解不多,认识不够,在此不能给出个人的评价。
薜定谔方程的由来是一个迷。薜定谔本人在其关于该方程的第一篇论文中并没有给出方程的详细推导过程,只是说明通过该方程的求解可获得我们研究氢原子结构所需要的结果,可用于氢原子结构与光谱的解释,但没有明确说明该方程与物质波有什么样的联系。后来围绕这个方程出现了关于量子力学解释的多个平行版本,其中关于波函数及其几率解释即“哥本哈根学说”成为了量子理论的核心之一,也是所谓关于物质微观结构和粒子运动“波粒二象性”革命性的新概念,导致了对自然科学和哲学的固有观念的“大革命”。
薜定谔方程决不可能是“周公托梦”的产物,薜定谔一定是在一个具体的物理模型下,进行相关的数学推导获得的。薜定谔保持其方程神密性,同时又对几率波解释持不赞同态度,有其个人必然(难言)的原因,这实在是令人费解。关于薜定谔的这些秘密今后只能靠将来的“量子考古”新兴交叉学科的研究人员来研究了。
我个人猜测,薜定谔所用的模型很可能是轨道共振模型,数学推导很可能与本系列博文“关于量子的解释(4)薜定谔方程和普朗克假设”的过程是相同的,由于当时对于氢原子的电子轨道运动持否定态度,因此该模型就不具备前提条件,即论文要被接受和发表,首先应解决轨道的稳定性问题。在当时,由于对运动电荷电磁辐射认识上的问题,这一点是很难完成的。海森伯的矩阵力学来源于对原子光谱振子模型的理解,由于“经典理论的困难”这一理论正在被物理学渐渐地淡化。