量子力学曲率解释与双缝实验_图文

1、第卷第期年月武汉工程职业技术学院学报妇量子力学曲率解释与双缝实验赵国求（武钢基础物理研究所武汉二十一世纪交叉科学研究所武汉：）摘要原子深处，通过物质波波长（曲率半径）为微观客体建构的“形”不能忽略，牛顿力学中的质点抽象规则不适用，无法研究电子的轨道运动。客体运动规律必须由反映空间结构的波函数来描述。电子波是曲率波，波是实的，质点是虚的。从原子中制备出来的电子波，通过双缝时，只有遇到类似原生制备条件时，才能继续表现为波，否则就可能表现出宏观的粒子性。关键词量子力学；相对论；双缝；波；粒子中图分类号：文献标识码：文章编号：（）决定论与非决定论牛顿力学是质点力学。所谓质点，就是当我们讨论的问题与物体

2、“形状”相比，“形”对讨论的问题的影响可以忽略不计时，物体就可抽象成质点。质点与几何点不同，质点具有客体所具有的一切力学属性。但质点没有大小，在运动中可与时空中的几何点重合，因此，经典力学中，包括相对论在内，质点具有完全确定的能量、动量、位置和运动时间。这样的质点我们称其为“实质点”。物体在时空中运动，就是质点在时空中的运动，具有确定的运动轨迹，通过运动方程，我们可以确定地预言客体任何时刻的运动状态，这就是人们常说的经典力学及相对论的决定论。追溯历史，牛顿力学与相对论对世界的这一描述方法，应与德膜克利特的“原子和虚空”的自然观一脉相承。德膜克利特认为世界由原子和虚空构成，“原子”可以从背景空间

3、中分离出来，并形成一个局域的实体。在牛顿力学和相对论中，这个局域的实体都抽象成了质点，并在虚空的时空背景上运动。因此，可以说决定论与德膜克利特的自然观是相通的。量子力学与牛顿力学和相对论不同，量子力学描述的是微观客体的波粒二象性。玻恩认为物质波是几率波一微观客体（质点）在时空中某点出现的概率。为了解释微观粒子通过云室具有确定的径迹的实验事实，而又不与玻恩的几率波解释相矛盾，海森伯提出微观客体（质点）具有位置和动量的不可确定性，并用测不准关系式：作了定量的数学描述。测不准关系指出，对于微观客体，动量确定了（），位置就完全不能确定（），位置确定了（），动量就完全不能确定（。）。在微观世界，任何客体

4、的动量和位置是不能同时确定的，其不确定度就由来判定。对于哥本哈根学派来说，微观客体本质上的不确定性，是测不准关系的一个直接推论，而微观客体的不可确定性，又为哥本哈根几率解释奠定了哲学基础。微观客体的动量和位置、能量和时间是不确定的，当把微观客体也按牛顿力学的思维方式抽象成质点时，这个质点也就具有了动量和位置，时间和能量的不确定性。这样对微观客体（质点）就谈不上运动轨迹，我们也无法确定地预言其运动状态，我们知道的仅是状态的概率演化。这就是人们常说的量子力学中的不确定性属性，它与相对论是直接对立的。必须指出，正统量子力学对微观客体所作的质点抽象，一方面，依然贯彻“原子虚空”的思维方法，另一方面，认

5、为讨论原子问题，“电子”的“形”可以忽略不计，微观世界中的质点与宏观世界中质点具有相同的定注：国家社科基金（）、武汉钢铁公司立项资助课题（。参与单位：武汉大学华中科技大学。武汉工程职业技术学院收稿日期：作者简介：赵国求，男（）。武汉工程职业技术学院科研处研究员，从事物理学哲学、思维科学及中医基础理论现代科学基础研究赵国求量子力学曲率解释与双缝实验义和属性。正是这一误导，造成了人类认识上的矛盾。量子力学中的许多悖论都来自这一思想根源。日本的坂田昌一和法国的托姆看到了这一要害，但没有做出充分的论证。¨。量子力学与相对论谁是谁非，百年来人们进行了激烈的争论，至今仍无一个令人信服的结论。争论

6、还在继续中。量子力学曲率解释提供了一个新的认识进路，有可能为消除相对论与量子力学的尖锐矛盾带来曙光。量子力学曲率解释中，我们已经证明过，物质波描述的本质上是通过电磁作用建构的微观客体“形”的变化规律，是曲率波。在微观世界，对客体的认识已经不能像宏观世界那样严格地区分实体与虚空，我们对微观客体运动规律的认识，只能从其分布的空间拓朴性质来鉴别，这就是曲面的曲率。曲率的大小表示粒子性，曲率的变化表示波动性。既然可认为是微观点粒子的活动区域，那么，时，或又就应该可以认为是通过实验观察，为原子中微观客体建构的“球”半径。一或正是其曲率。任何波函数都可以从其振幅中分离出这一曲率因子。不过，它是通过宏观电磁

7、现象所作的建构，不能看作由牛顿力学思维方法认定的电子的真实大小。其实，微观世界客体与背景空间的不可分离性，与亚里士多德不承认虚空的思想是一脉相承的。在原子深处，人们无法将电子从原子的背景时空中分离。波函数正好挑起了描述这一认识层次新的历史任务。量子场论则是其典型体现。非决定论可追溯到亚里氏多德的自然观。量子力学曲率解释与量子力学几率解释是可以相互转换的。物理学家朗道就认为测不准关系可以推广到相对论力学中的单个物理量。在相对粒子静止的坐标系中，坐标的不确定量是）【一，动量的不确定量是。，是康普顿物质波波长除以，它等于以波长入为圆周的圆的半径，其数量级刚好等于实验测得的粒子（中子、质子、电子等）的

8、球半径。若对静粒子进行质点抽象，那么，（或。）就是“点”电子等可能存在的范围，“点”电子就有了位置的不可确定性。可见，电子等微观客体的不确定性，是对微观客体做质点抽象时赋予微观粒子的，其不确定量就是。（或。）。对海森伯证明测不准关系式的光一一电子对撞实验作深入的分析，同样可以得出：海氏的位置不确定量亦是点粒子活动范围的结论。电子不是质点，测量中要是非质点的光子碰上了非质点电子，不管碰上电子的哪一部分。电子都是被测到的，并记录一个电子存在的位置。但每一次测量都不能说是电子的准确位置，电子的位置遍于电子自身空间形象之中。电子自身的空间形象才是产生位置不确定量的根源。当认为微观客体动量的不确定量等于

9、客体自身的动量时，也是电子波的波长除以兀。电子波的波长是可变的，因此，微观客体的“形”与宏观客体的“形”有根本的区别，具有明显的可变性。如果把微观客体抽象成质点，质点只能分布在其形内。在微观世界当“形”不可忽略时，客体的属性赋予给了“形”，“形”是实的，也就是波是实的，由动量的变化决定，而质点却是虚的。“形”的大小直接与在“形”内找到点粒子的概率可发生联系。“形”大，形内找到的概率小，“形”小，形内找到的概率大。“形”等于零（几何点），找到的概率就是，“形无穷大”找到的概率就等于零。在原子中，由于电子在不同能级上位置不确定量不同，因而不确定性也不同，也就是在不同能级上电子出现的概率不同。原子的

10、半径由。量度（。是玻尔半径），由电磁作用建构的电子“球体”的半径是。（或德布罗意驻波波长，。），两者之比相差倍。一，在基态，电子和原子一样大。因此，在讨论原子问题时，当把电子抽象成质点时，就与经典力学对宏观物体作质点抽象时完全不同，对微观客体作质点抽象，粒子自身的“大小”（建构的形象）不可忽略不计，理论上将粒子的“几何形象”，变成了点粒子所具有的新属性一一虚点粒子和不可确定性。量子力学的非决定论，本质上是由决定论脱胎而来的。实际上，原子中当。时，“形”对讨论的问题的影响就可忽略不计，这时，相互作用由不连续变成连续，电子的运动就可以按宏观质点抽象来处理，“虚质点”转化成了“实质点”。量子波动论即

11、可转化成经典电子论。看来，微观客体的不可确定性并不是上帝赋予的天生本性，而是通过实验现象，对微观客体作理论抽象时，理论赋予的。宏观世界的确定性和微观世界的不确定性，通过测不准关系的实在论解释是可以架起沟通的桥梁的，而且最终将统一在实在论的旗帜之下。这就是量子力学曲率解释解决决定论与非决定论矛盾的思想途径。武汉工程职业技术学院学报双缝实验标准哥本哈解释与双缝干涉实验按照标准哥本哈根解释，双缝实验中，如果测量粒子通过哪一缝，便强调了波粒二象性的粒子特性，与粒子性互补的波动性就被排斥了，干涉条纹便将消失。具体地讲，由海森伯测不准关系：准确知道粒子通过路径（如挡住缝），意味着垂直于的方向上完全确定了粒

12、子的位置。如果位置测量精确到，则由测不准原理。（）知，这个测量将对垂直于路径方向上的动量产生。的扰动，从而干扰到达屏上粒子的位置，改变了波的相位，造成了干涉条纹的消失。标准哥本哈根解释依据的理论基础是玻尔的互补原理：物质运动具有粒子和波的双重属性，但在同一实验中二者是相互排斥的。测不准关系是引起被测系统量子退相干的一个重要原因。哥本哈根学派对双缝干涉实验的解释不能令人满意。主要原因有：）实验表明，一个粒子自身也可以产生干涉，“电子实体”如何通过双缝？难道一个粒子同时可以通过两个缝？）几率波是数学波，而电子波有真实的物理作用，数学波与物理实在的关系如何处理？）海森伯认为是一种“潜能”和“趋势”控

13、制量子概率的发生，它象是“电子实在”中间层次的“替身”，而由中间层次向“可能性”与“现实性”转化的力学基础是什么？）通过双缝的电子波遵从量子概率的演化规律，具有相干性，通过双缝的经典粒子遵从经典概率的演化规律，没有相干性。在量子测量中，电子从遵从量子概率转向遵从经典概率，其由波向粒子转化或波包坍缩的物理本质是什么？）产生光和电子衍射的重要条件是缝宽与光、电子的波长丢可以比拟。如果，缝宽比光、电子的波长大得很多，则衍射自行消失。此时电子从遵从量子概率转向遵从经典概率，这是否也是一个自动退相干？它和量子测量引起的退相干，有何物理机制上的区别？如此等等。总之，哥本哈根学派对上述这些问题的回答很难令人

14、满意，或者他们根本就不回答而是试图用虚的哲学原理，回避现实中的物理追究。量子力学曲率解释与双缝干涉实验（）双缝前电子波的制备从原子中制备出来的电子，我们已经证明只有在原子深处为电子建构的“形”不可忽略和能级具有突变性时，才可用波来表示（因为当能级趋向无穷大时能级由突变或连续，电子波动论即变成了经典电子论）。此时背景空间与微观客体不可分离，我们无法研究“点电子”的轨迹运动，只能通过波函数研究“电子”所在空间的结构性质。通过巾出的变换，归一化又将电子的波动变成希尔伯特空间空间的波动。量子力学曲率解释中，霉是曲率波，描述为电子建构的“形”的变化规律，空间便有了物理意义。若通过双缝前的电子波记为，则絮

15、是实的，“点电子”却是虚的。爱因斯坦把电磁场称为“鬼场”，场是虚的，光子是实的。而双缝前的电子波，场是实的，点电子是虚的，可称为“鬼电子”。而且这个实体的波动场，只有遇到类似于原生制备条件（“形”不可忽略和能级具有突变性）时，才能继续表现为波动，否则就可能表现出宏观的粒子性。（）双缝对波和粒子的识别“双缝”是光、电子波动性或点粒子的一种识别装置。由测不准关系有由德布罗意关系有。若缝宽为，通过双缝的物质波的波长为，则（）（）赵国求：量子力学曲率解释与双缝实验由于，则有（）（）式表明，双缝实验中缝宽比物质波的波长要大。这就是双缝产生波的干涉的基本条件。实验表明，和，单缝衍射和双缝干涉都不能发生。只

16、有与可以比拟，大得不多时波的干涉才能发生。这正是（）式的物理意义。此时，我们可以认为，双缝前用波长为电子建构的“形”，在双缝中“形”对讨论的问题的影响仍然不能忽略，微观客体与背景空间不能局域分离。从双缝中传出来的依然是电子波，双缝成了干涉波的波源。如果，缝中“形”对讨论的问题的影响可以忽略，根据牛顿力学中的质点抽象原则，则光、电子就表现为点粒子；如果，则光、电子就以粒子的形式反弹，这正是实验的结论。当时，缝中波动有实体属性。粒子是虚的，是实体电子的“幽灵”，“鬼”电子通过哪一缝无关紧要。一个电子同时通过双缝的矛盾也随之得到了解决。（）双缝后波的干涉和退相干量子力学曲率解释中，我们为微观客体建构

17、的“形”的大小与在“形”内找到“虚点粒子”的概率成反比，而概率与构成“形”的曲面的曲率成正比，双缝后的波函数，。、忆具有双重属性，既是几率波又是曲率波。显示屏上点粒子落点的概率由波函数的概率属性决定；虚点粒子向实点粒子的转换由波函数的空间属性决定。量子测量中，仪器与被测系统的相互作用宏观连续作用的介入（能量连续变化的介入，相当于给被测系统引进了一个新的连续作用外界环境），是“离散波动形态”向“局域粒子形态”转换的重要条件。显然，这个转换有一定的过程，不可能突变。如果介入的作用是非连续作用，前后态就可以突变，线性无关，构成新的叠加态，形成新的干涉项。但实验看到的不是新的干涉而是干涉的消失。是仪器

18、宏观连续作用的介入，促成了波函数的“自我纠缠”，形成“自纠缠态”。波函数的“自身纠缠”就是“形”的自我纠缠，体现在相互作用中测量前的波函数如何转换成测量后的波函数。这个过程就是退相干过程。在新的环境中，若“形”可以忽略，“虚质点”就有了“实体性”的归属。没有量子测量作用，没有“形”的纠缠，粒子就无法呈现宏观“原形”。因此，双缝后对波函数的测量，是波向粒子转换的重要物理条件。若测量前的波函数用、标记，、是纯量子态，具有态的叠加性，可形成量子相干。测量后的波函数用、。标记，显然，、符合量子概率的演化规律，、线性无关，所以上。由于向帆转化，向怕转化，前后存在相互关联，于是可作白纠缠态巾一帆×

19、;（）直积。体现了仪器对系统的连续作用，并使系统测量前后状态发生关联。粒子在咖态下可自动退相干。咖（机札）（中一咖。引）；咖咖。帆纵札由于上所以；（）皿实现了自动退相干，避开了“无限长仪器链”疑难。一个粒子通过双缝并在屏上显示落点的事实，是粒子自相干，并与显示屏之间发生连续作用“自纠缠”、“自动退相干”的产物。总之，原子深处微观客体与其所在环境的背景空间不可分离，客体必须由反映空间结构的波函数来描述。波是实的，质点是虚的。我们不能用统一不变的思维方式处理不同认识层次的自然现象，试图用一种思维方式统一世界物质图景的努力是徒劳无益的。量子力学与相对论描述的是不同认识层次的问题。它们可以相互沟通，找到相互的逻辑连接，但不能替代。量子力学曲率解释对双