量子力學和物質(zhì)波(編輯修改稿)
2024-10-10 21:24 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 數(shù)學任務(wù)二）。 總結(jié) 可見量子力學的框架就是圍繞粒子的波動性（波函數(shù)）來完成的。從德布羅意提出物質(zhì)波概念到薛定諤寫出物質(zhì)波遵循的波動方程，再到狄拉克把波動方程同狹義相對論結(jié)合寫出相對論量子力學后，量子力學的數(shù)學結(jié)構(gòu)就完成了。 4 量子力學的含義與物質(zhì)波 到 1926 年薛定諤的波動力學完成，量子力學的數(shù)學結(jié)構(gòu)就比較完善了，但是量子力學是關(guān)于什 么的科學，它所描述的微觀實物粒子的物質(zhì)波是什么，它的含義是什么，還沒有系統(tǒng)的給出描述。其實量子力學的含義就是給物質(zhì)波一個物理解釋。 物質(zhì)波顯然不是像薛定諤說的那樣是簡單的實物波包，因為那樣的波泡不穩(wěn)定，不能存在于自然界。其實物質(zhì)波（波函數(shù)）的物理意義從它誕生以來就還沒有給出令人信服的解釋。當然有一個解釋是被大多數(shù)人接受的，它就是哥本哈根解釋。值得注意的是，大部分人接受哥本哈根解釋并不是因為它的合理性，而是因為沒有比它更能讓人接受的解釋。為了得到更令人信服的解釋，“ EPR 悖論 ”和“薛定諤貓”向哥本哈根發(fā)起了強 有力的質(zhì)問。 哥本哈根解釋的基本要點 (1)波函數(shù)（物質(zhì)波）的含義是由量子力學第一假設(shè)給出的：波函數(shù) Ψ 本身沒有意義，它的意義由 |Ψ （ r ， t） |2 確定的值給出：代表 t 時刻在 r 處找到粒子的幾率。 6 (2)我們不能同時測得二個相互不對易的物理量的確切值，因為這由海森伯不確定關(guān)系決定。 (3)量子力學現(xiàn)行體系不僅是一個“完備的”理論，而且也是唯一的理論，即：某些問題不僅是量子力學所“不允許的”，而且也是我們的知識本性所“不允許的”。換句話說，量子力學的現(xiàn)行體系已經(jīng)規(guī)定了我們知識的限度，也規(guī)定了我們探求理解 的限度。 哥本哈根解釋存在的問題 哥本哈根解釋是說，在波函數(shù)演化的過程中，不能說系統(tǒng)具有任何確定的特定力學量，例如粒子的動量或者位置。當我們測量系統(tǒng)的特定力學量的取值時，系統(tǒng)將以測量前決定特定力學量的 |Ψ |2的值所決定的幾率，躍入具有某個確定力學量取值的狀態(tài)。 [5]由此可見測量（意識）對于微觀粒子是多么重要 —— 如果我們不能確定粒子的力學量取值，我們能說粒子存在嗎？如果粒子不能確定存在，那么粒子體現(xiàn)的性質(zhì)，例如質(zhì)量，電量將如何存在？難道月亮在我們不“看”的時候就不存在嗎？而我們傳統(tǒng)的物理觀念認為“相信一 個獨立于意志的客觀世界的存在”是我們科學存在的前提。 還有一個問題就是系統(tǒng)躍遷（波函數(shù)坍縮）時似乎存在一種超距作用，先不說它違背狹義相對論，至少量子力學沒有給出波函數(shù)坍縮的描述，那么我們是不是能說量子力學提供了關(guān)于粒子的完備描述？ 不同的聲音 正是考慮到上述兩個問題，人們對物質(zhì)波給出了不同于哥本哈根的解釋，這里僅僅介紹兩種比較成熟的解釋。 (1)隱變量解釋 玻姆認為哥本哈根學派的量子力學只給微觀客體以統(tǒng)計性解釋是不完備， 1952年他提出有必要引入一些附加的隱參量，這些隱參量確定體系的規(guī)律，如果能找到這 些隱變量，就可以確定地決定對微觀現(xiàn)象每一次測量的結(jié)果，而不是決定各種可能出現(xiàn)的結(jié)果的幾率。玻姆的 隱變量解釋是第一個實在模型，它“打開了通往更微妙的實在底層的大門”，這一解釋給那些堅持實在性觀念的人們以更加堅定的信心，而這種信心必將指引他們最終發(fā)現(xiàn)量子實在的真實圖像。 7 (2)多世界解釋 1957 年，普林斯頓大學的研究生艾弗雷特三世公布了一個令所有人為之震驚的新理論，它就是量子力學的多世界解釋：只要一個量子測量發(fā)生，每個宇宙分支以及這個分支中的分量就會導(dǎo)致一個可能的測量結(jié)果。每個處在某個特殊宇宙分支中的人都 會認為他們的測量結(jié)果和所處的宇宙是唯一存在的。這些不同的宇宙分支幾乎再也不能回到一起。多世界解釋因為數(shù)學上的精確性，漸漸的被人們所接受。 1999年 7 月，在劍橋的牛頓研究所
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