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李新民量子力学诠释  

2010-10-03 01:40:33|  分类: 量子力学 |  标签: |举报 |字号 订阅

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                                                  一  量子力学诠释的意义
   解决量子力学的基础问题,弄清理论所表达的意义,自量子力学诞生近一百年时间里,有一大批杰出的物理学家为量子力学诠释努力,至今没有一个实在论的诠释和统一的认识,使得很长一段时间没有多少物理学家愿意研究这个问题。并不是说明这个问题已经解决或无关紧要,它是现代科学所面临最严峻的问题,最重大,迫切需要解决的问题。只是因为问题太难,没有多少科学家能耐得住那样的寂寞或默默无闻。然而,一直有很多追求真理的人在长期追寻这个问题,他们怀着纯洁的目标,勇敢地蔑视潮流,向着最困难,也是最基本的问题不停地探索。近年来,各种量子计算,量子模拟,量子逻辑网络等等,已经发展为专门的学科;量子计算机如果实现,必将为生产,生活,科学研究带来新的革命性的飞跃;相干性,纠缠是量子信息,量子计算机的基础。但是量子测量,环境等的影响又要使量子体系退相干,妨碍量子计算机的制成。当我们对量子测量,纠缠,退相干的本质有了根本的理解以后,量子计算机才能如愿实现。面对这些,一些跨国公司,大学和研究所等团体纷纷加入了角逐,又有大批的物理学家,科学哲学家投入了对量子力学本质的揭示。我赞同:“科学只不过是我们用以描述我们行为和日常事物的寻常语言的延伸”,科学对世界的认识和描述与人们寻常对世界的认识和描述没有什么明显的界线。记的在中学学习“振动与波”时,我向老师提出:“所有的往复运动都可以用波来进行描写”,被老师认为是对物理的疯狂理解。就是这种理解,当我接触到量子力学时,使我解读了量子密码,给量子力学一个实在论的诠释。很多人在寻求量子力学诠释时,往往(主观先入地)把量子力学认定为原理理论。这是所有寻求量子力学本质科学家的通病,使得无人能读懂和理解量子力学,无人知道量子力学的物理图景。我们知道,科学理论分为两类:原理理论和构造理论。原理理论一定是普适的,能用于自然万物,它是我们描述自然的语言。世界是统一的,原理理论也必须是统一的,两个原理理论必须是统一的原理支持。构造理论是以某种模型或函数,方程描述特殊现象的理论。如,电磁场理论,电子理论和现代基础科学的大多数理论都是构造理论,现代科学的两大基础量子力学和广义相对论也是构造理论,就是这个原因使量子力学与相对论无法得到统一。用构造理论描述自然肯定会出现困难,甚至荒诞。广义相对论是将物理问题转化为数学几何问题进行等效计算的;它是将空间引力问题转化为,以时间为函数的空间运动几何模型进行描写的,这是一种方法的转换,不是空间的本质。同样,量子力学也是一种将物理问题转换为数学问题的一种方法的变换,这就是我对量子力学的理解——李新民量子力学诠释。
        量子力学形式体系建立后,寻求形式体系诠释的问题,苦恼了整个科学界和科学技术哲学界,至今还没有一种所谓绝对标准诠释,其原因是波函数没有相应的物理图像和量子框架无法相容量子测量问题。在量子力学中,海森伯不确定关系,动力学算符,波函数和薛定谔方程都含有德布罗意波的物质信息和经典波函数的周期振动性质。从数学上讲,量子力学波函数和方程同经典波动力学没有本质的区别;从物理上讲,量子力学波函数和方程携带有粒子能量,动量等信息,而经典波动力学则不带有这些信息。如果将德布罗意能量,动量等物理量同经典波动力学相结合,就形成量子力学。将量子测量问题排除在量子力学形式体系之外,就消除了量子力学还原问题的三大死结,打通了还原之路,将量子力学和经典力学统一在一个理论体系中。量子力学理论体系的真正确立是由德布罗意波的引入开始的,这时量子理论体系具有了力学的基本性质,动力学变量,算符和方程都赋予了物质粒子的动力学性质,从数学变换转化成物理作用。德布罗意波沟通了宏观与微观的对话,是通向量子还原中的一座精美之桥。笔者的《解读量子力学》一文率先走上了这座还原之桥,将量子力学还原到经典波动理论之中,使量子力学和经典力学得到完美的统一。在科学哲学中,还原论的终极目标是科学的统一,所以它的含义主要是建立理论之间的一种关系。物理学家一直试图把经典力学统一在量子力学体系中,而现在情况恰恰相反,量子力学被经典力学所统一了。这种情况是物理学家意想不到的,也是不情愿的;一个成功描述微观世界的量子力学竟是一个唯象的理论,竟被经典力学所统一。量子测量问题已超出了量子力学理论体系。量子测量问题一方面和量子理论体系有某种关联,另一方面又和空间的本质分不开。空间的本质已不是量子力学体系所能相容的,空间的本质是科学大统一的问题,是世界的本源和本质的问题。由于空间的本质问题还没有搞清楚,量子测量问题自然也就得不到解决。量子测量问题是真空的本质问题,笔者的《解读量子力学》一文认为系统的1/f低频噪声是空间能量的一种状态,是形成退相干和波包坍缩的本质。量子力学不包括测量部分是完备的,逻辑统一的。将带有空间本质的量子测量问题统一在一个理论中,必然是不完备的,出行主观意识介入的量子力学诠释是难免的。《解读量子力学》一文有可能是代表中国人率先完成量子大还原的。
      量子力学是20世纪人们的视野进入到原子世界的产物,它是处理原子尺度以下客体最有力的工具。量子力学的建立是科学发展最伟大的一个里程碑。它的应用导致了原子能,激光和半导体等许多重大技术发明。在理论上,极大地促进了基础科学的发展,使之成为现代科学的基础。然而,对量子力学及相关问题的物理解释,量子力学是完备的理论吗?量子力学是否是在一定条件下的理论近似?有关这些量子力学的思想基础和理论诠释,包括量子力学创立者在内的许多物理学家并没有统一的认识。特别是以量子力学测量问题为核心,关于量子力学的思想基础和基本问题诠释的争论从来就没有停止过。近百年来,涉及量子力学基础的这些问题一直牵动着杰出物理学家的心,牵动着量子哲学家的心。近年来,针对量子计算机和量子信息带来的前景,世界各部门的物理学家,跨国公司,大学和研究团体多么希望,多么迫切的想从根本上给出量子力学的诠释啊!这不仅仅是一项科学的竞赛,不仅仅是一项科学圣果的争夺战,更是一场决定一个国家,跨国公司,大学和研究机构利益和前途的大决战。如果那一个国家率先将量子信息实用化,将会改变世界战略格局。
    量子力学思想和传统的经典观念相距太远,在经典力学中,物理学家们已经习惯于那种准确预言一切事物的思想,即使目前尚不能严格推断出事物今后的状态,即坐标和动量,也只是因为工具不足,而不是在物理上存在一些不能闯入的“禁地”。但是,量子力学迫使人们把这些过去认为天经地义的金科玉律全部推翻或抛弃,而代之以预言今后各种事物发生的概率。一般说来,如果最好的实验也无法准确预言将会发生什么事,而只能预言这些事情发生的可能性,即概率,这极不符合我们以往了解自然的思想。量子力学所展示的微观世界图景完全不同于经典物理“精确性描述”的物质世界,通过测量感知的信息,具有令人捉摸不定的随机性:最令人捉摸不定和疑惑的是物质粒子具有两个存在态,粒子态和波动态吗,即所谓的“波粒二象性”。围绕量子测量问题,人们提出了一些量子力学诠释相关的基本问题,如1量子测量是否真的引起被测量子系统不可逆的改变——波包坍缩?进而,量子测量的结果是否依赖人们对微观世界的“主观介入”。2量子退相干能否给出更普适的量子力学诠释,从根本上解决量子力学测量问题?
                         二经典波的本质
    所谓量子力学诠释问题,指的是量子力学数学形式的物理实质究竟是什么。波函数是否已经完备地描述了微观客体的运动状态,这一直是个争论不休的老问题。量子力学主要是建立在波粒二象性和德布罗意(L.de.Broglie)假设这两个迷的基础上的,量子力学是在迷的基础上建立的,使得量子力学一个谜套着一个谜;至今也没有一个物理学家能真正理解量子力学。要读懂量子力学,给出量子力学真实的物理图像,首先要弄清楚波是什么?客观存在的波和理论描述的波有什么不同?
     人们普遍认为:波是带有一定频率,波长和振幅的粒子或光的(轨迹)运动,如光波是一条线或一球面,以一定频率,波长,有一定波峰间距向前运动的光线或光球面,这样给出光前进的物理图像是完全错误的。光运动是前进的矢量直线或沿着波射线方向膨胀的球面,根本看不到波峰,波长和频率。其波峰,波长和频率是光膨胀力周期变化的图像,不是光运动形式或显现出的图像;它是理论图像,不是客观运动的图像。这是将光子轨迹运动转化为光子膨胀力周期变化的振动来描述的,即不去寻求光子的运动方程,而改用简谐振动波的形式对光动进行描写。波动是因转换描述方法后出现的理论图像,不是物理图像,客观世界根本不存在波动的运动客体。我们知道单摆不是什么波,而是摆锤的左右摆动,摆锤受重力的周期变化可以用简谐波函数(三角函数或复三角函数)来描述。单摆的物理图像是:摆动是客观存在的,波动是理论存在的。下面就机械波和光波的本质给予描述。
     在介质中   对弹性介质施加一个力,在作用点处的一些分子空间被压缩,介质有恢复应力和弹性模量,这些分子的恢复应力向四周相邻分子传递应力,使作用力传递下去,形成力在传播中大小的波动,恢复应力的传递是全方位的,所以机械波不仅是横波和纵波的混合波,而是全方向的混合波,因此介质的弹性模量和密度决定了机械波的速度和传播距离。应力是向相邻的分子逐个传递的,一个分子的力只能传递到第n个分子,第一个分子到底n个分子间介质的距离就是半波长。随着时间的推移,第一个分子的力逐渐小或0,第二个分子的力变为极大,第二个分子的力最远传递到第n+1个分子,力的传播随时间在波前方以波形的大小前进并向四周传播。介质分子的恢复应力以球面波的周期振动形式在介质中扩散,从而形成机械波。在介质受力点的法线方向,即波射线方向,恢复应力形成一条周期变化的振动图像,用简谐函数(三角函数或复三角函数)就可以描写。机械波是恢复应力作用于介质产生周期振动的结果;同时,机械波是将周期变化的恢复应力转化为三角函数来描写,即机械波不是波,它是介质的周期振动,波是理论图像;它是将周期振动的介质转化为周期变化的恢复应力来进行描写,波表现为恢复应力周期变化的曲线。在同一介质中,两列同一大小的应力波(相向)相遇在某一区域时作用力抵消表现为驻波;相同方向的力传播在某一时刻和区域叠加产生共振。机械波的传播是时间的函数,在某一时间间隔内,迎着波源所感受的很多波,其波峰数大于静止和相反运动的源的数,好像有一条波的波长变短了,频率增高了;也就是说不是迎着波源一条波频率会增高,而是很多波的效应,这就是多普勒效应。
      光和电磁波等辐射波是不同于物质的客观存在的客体,光是由光子组成的,光子是随时间自由膨胀的。下面以光波为代表讨论各种电磁波波的运动和相关性质。我在《光的本质和光量子模型》一文中对光进行了描述,说明了光是光量子由光源的法线方向传递膨胀力的,表现为横波,是放射波;一条光线就是一条放射波。一条从光源发出的光线,后面的光子膨胀力大于前面的光子膨胀力,第一个光子的膨胀力只能传到第n个光子,光线在此处出现一个膨胀力的极小值,从第一个光子到第n个光子的距离是光的半波长,它们之间的力差是光的振幅。随着时间的推移,第二个光量子代替第一个光量子的位置使力逐级传递下去,使力的传递呈现波的形式。一条从光源发出的光,先发出的光子先膨胀;后发出的光子后膨胀,并且后者的膨胀力大于前者,使得后面的光子不断推着前面的光子前进,形成一条运动的光线。在三维情况下,光是球对称的放射波。光运动不是波,光是直线运动和传播的,光的波动是描写光子膨胀力在一条光线上随时间的变化情况,波是理论图像。机械波和光波虽然运动机理不同,但是他们都可以转化为简谐运动的图像来描写,都可以表示为


2010年10月02日 - 李新民 - 物理学探索                                                       (1)                    
   
上式完全是一个数学表达式,只是振幅含有物理量的信息。当简谐波函数形式(1)式振幅表示光强度(本质是膨胀力)时,(1)式就是光波,即理论波,当简谐波函数形式(1)式振幅表示为一个纯正数或纯函数时,(1)式就是数学波。
                                                                   三量子力学波函数
        在普朗克(Planck)和爱因斯坦(Einstein)的光量子论(黑体辐射、光电效应现象揭示了光具有波动粒子两重性, 2010年10月02日 - 李新民 - 物理学探索2010年10月02日 - 李新民 - 物理学探索 )和Bohr的原子论的启发下,德布罗意(de Broglie)仔细分析了光的微粒说与波动说的发展历史,并注意到几何光学与经典粒子力学的相似性,根据类比的方法,他设想1  实物(静质量 2010年10月02日 - 李新民 - 物理学探索 的)粒子也可能具有波动性,即和光一样,也具有波动——粒子两重性,这两方面必有类似的关系相联系,而Planck常数 2010年10月02日 - 李新民 - 物理学探索 必定出现在其中;2 与一定质量E和动量p的物质粒子相联系的波(称为“物质波”)的频率和波长分别为 2010年10月02日 - 李新民 - 物理学探索2010年10月02日 - 李新民 - 物理学探索 (等式左边对应波动性,右边对应粒子性)即德布罗意公式。提出以上假定的目的(动机):一方面,企图把作为物质存在的两种形式( 2010年10月02日 - 李新民 - 物理学探索 的实物粒子和光)的理论统一起来。另一方面,为了更深刻地去理解微观粒子能量地不连续性,以克服玻尔(Bohr)理论带有认为性质的缺陷。德布罗意将原子定态与驻波联系起来,即将粒子能量量子化的问题与有限空间中驻波波长(或频率)的分立性联系起来。下面,首先讨论自由粒子,其能量与动量的关系是

                                                       2010年10月02日 - 李新民 - 物理学探索                                     (2)

* 是粒子质量,按照德布罗意关系,与粒子运动相联系的波的角频率 2010年10月02日 - 李新民 - 物理学探索 和波矢 2010年10月02日 - 李新民 - 物理学探索2010年10月02日 - 李新民 - 物理学探索 ),由下式给出

                                      2010年10月02日 - 李新民 - 物理学探索      2010年10月02日 - 李新民 - 物理学探索  ,                                  (3)

  或者说,与具有一定能量E和动量 2010年10月02日 - 李新民 - 物理学探索 的粒子相联系的是平面单色波。

                                       2010年10月02日 - 李新民 - 物理学探索2010年10月02日 - 李新民 - 物理学探索          (4) 

(4) 和(1)式的函数项有相同的数学形式。 将(2)和(3)式代入(4)式   

 2010年10月02日 - 李新民 - 物理学探索巧妙地和物质粒子联系起来,将函简谐波函数(4)赋予了质量,能量,动量等物理量,并将它们转化为简谐函数图像进行描写,这样粒子的这些物理量就具有了波动的理论图像。即波函数是表示粒子波动的理论图像,不是粒子运动的真实图像。这是一种变换方法的描述,并不代表是客观的本质,量子力学是通过解读波函数携带的粒子信息来解读世界的;波函数是它的传感器,我们通过一定的方法和方程解读“传感器”中的量子密码,来认识世界的。德布罗意关系打通了宏观与微观的对话,它是量子力学的精髓。既然粒子运动可以转化为数学波来描写,那么粒子就有了波动性了。粒子是局域性的,波是非局域性的,因此,粒子通过方法的转换,粒子也是非局域的了。我们知道要确定波的位置就要损失波长;要确定波长就无法确定其位置,这是所有波的共性,它们有下列关系

                                                             * ~1

利用德布罗意关系式 2010年10月02日 - 李新民 - 物理学探索   ,( 2010年10月02日 - 李新民 - 物理学探索

可得:

                                   2010年10月02日 - 李新民 - 物理学探索2010年10月02日 - 李新民 - 物理学探索                                              (5)

这就是不确定关系的本质。当我们用波函数描述粒子时,就有(5)式的不确定关系;当我们不用波函数描写粒子时,粒子就不可能有(5)式的不确定关系。在电子双缝实验中,

我们考察电子的干涉实验。

2010年10月02日 - 李新民 - 物理学探索

                                                        示意图

①如果入射电子流的强度很大,即单位时间内有很多电子通过双缝,在照片上很快出现衍射图样

②如果入射电子流强度很小,电子几乎是一个一个地通过双缝,这时照片上就出现一个一个的点子,显示出电子的微粒性。这些点子在照片上的位置并不都是重合在一起的,开始时,它们看起来似乎是毫无规则地散布着,随着时间的延长,点子数目逐渐增多,它们在照片上的分析就形成了衍射图样,显示出电子的波动性,由此可见:实验所显示的电子的波动性是许多电子在同一实验中的统计结果,或者是一个电子在许多次相同实验中的统计结果;它是电子出现概率图像,但是这个图像是受电子的动量,能量或电子受电场力周期强度变化支配的,即电子出现的概率是电子的能量周期振动或电子受电场力周期振动支配的,电子出现的概率图像和电子受电场力周期振动图像是吻合的,但这并不表明波函数振幅绝对值的平方是电子出现的概率的大小。振幅的叠加是产生干涉的,只有电子的动量,能量或电子受电场力强度变化这些物理量才能叠加。电子出现的概率是无法进行干涉的和叠加的,无法给出客观的物理图像;一个电子的出现会干涉另一个或干涉它自己的出现是不可想象的。

 在经典力学中,动能可以转化为一维势能的振动函数图像描述。势能函数可以展成泰勒级数,转换成有频率,周期和振幅的函数;本质上,转换成重力的简谐函数(正弦函数)进行描写(见《新概念物理》第一册 赵凯华著)。前面分析道:机械波的振幅是恢复应力的简谐函数;光波是光子膨胀力的简谐函数;通过德布罗意关系的简谐函数应是电子动量,能量或电子受电场力强度的简谐函数,它的振幅应是电子动量,能量或电子受电场力强度分布的概率,具体是电子动量,还是电子能量或是电子受电场力强度分布的概率,还有做进一步研究。

                                               四薛定谔方程

我们现在已知道:一个微观粒子的量子态用波函数 2010年10月02日 - 李新民 - 物理学探索 来描述。当 2010年10月02日 - 李新民 - 物理学探索 确定后,粒子的任何一个力学量的平均值及其测量值几率的分布都完全确定。因此,量子力学中最核心的问题就是要解决:波函数 2010年10月02日 - 李新民 - 物理学探索 如何随时间演化及在各种具体情况下找出描述体系的各种可能的波函数。这个问题由薛定谔于1926年提出的波动方程得以圆满解决。下面用一个简单的办法来引进这个方程。应强调的是:薛定谔方程是量子力学最基本的方程,其地位与牛顿方程在经典力学中的地位相当。实际上应该认为它是量子力学的一个基本假定,并不能从什么更根本的假定来证明它。它的正确性,归根结底,只能靠实验来检验。下面,首先讨论自由粒子,其能量与动量的关系是

李新民量子力学诠释 - 李新民 - 物理学探索                                                            2010年10月02日 - 李新民 - 物理学探索                                                (6)

* 是粒子质量,按照德布罗意关系,与粒子运动相联系的波的角频率 2010年10月02日 - 李新民 - 物理学探索 和波矢 2010年10月02日 - 李新民 - 物理学探索2010年10月02日 - 李新民 - 物理学探索 ),由下式给出

                                   2010年10月02日 - 李新民 - 物理学探索       ,     2010年10月02日 - 李新民 - 物理学探索                                         (7)

或者说,与具有一定能量E和动量 2010年10月02日 - 李新民 - 物理学探索 的粒子相联系的是平面单色波。

                                   2010年10月02日 - 李新民 - 物理学探索2010年10月02日 - 李新民 - 物理学探索                   (8)

由(8)式可得

                                  2010年10月02日 - 李新民 - 物理学探索

                               2010年10月02日 - 李新民 - 物理学探索

                             2010年10月02日 - 李新民 - 物理学探索

利用(6)式,可以得出

                                           2010年10月02日 - 李新民 - 物理学探索

即:

                                          2010年10月02日 - 李新民 - 物理学探索                            (9)

注意:方程(9)中 2010年10月02日 - 李新民 - 物理学探索 是一个单色平面波。

而描述自由粒子的一般状态的波函数,具有波包的形式,即为许多单色平面波的叠加。

                                     2010年10月02日 - 李新民 - 物理学探索2010年10月02日 - 李新民 - 物理学探索       (10)

式中: 2010年10月02日 - 李新民 - 物理学探索 ,不难证明

                                    2010年10月02日 - 李新民 - 物理学探索

                               2010年10月02日 - 李新民 - 物理学探索

        ∴  2010年10月02日 - 李新民 - 物理学探索 

可见,如果 2010年10月02日 - 李新民 - 物理学探索 是波包,仍满足方程(9),所以方程(9)是自由粒子波函数满足的方程。

值得注意的是:如果在经典的能量动量关系(1)中,作如下替换:

                                   2010年10月02日 - 李新民 - 物理学探索    ,    2010年10月02日 - 李新民 - 物理学探索                        (11)

然后作用于波函数上,就可得到方程(4).其次,我们进一步考虑在势场 2010年10月02日 - 李新民 - 物理学探索 中运动的粒子,按照经典粒子的能量关系式

                                           2010年10月02日 - 李新民 - 物理学探索                                             (12)

对于上式作替换(11),然后作用于波函数上,即得:

                                            2010年10月02日 - 李新民 - 物理学探索         (13)

这就是薛定谔波动方程。它揭示了微观世界中物质运动的基本规律,是量子力学的基本假设之一。

(13)式是一般形式的薛定谔(Schrodinger)方程。2010年10月02日 - 李新民 - 物理学探索是矢量函数,又是本证函数,所以(13)式是线性相关的。我们知道,三个矢量决定一个平面,方程(13)是由不同椭球面叠加的椭球球体。由于2010年10月02日 - 李新民 - 物理学探索不连续性,量子性方程(13)的径向部分的解主量子数n就是椭圆面数值的多少。在二维情况下,主量子数n就是玻尔量子化轨道数,由于2010年10月02日 - 李新民 - 物理学探索单值,方程(13)方位角部分的解是磁量子数m

                                                2010年10月02日 - 李新民 - 物理学探索                                        (14)

即周期性边界条件。显然只有当 2010年10月02日 - 李新民 - 物理学探索 ,且m=0,±1,±2…. 时,函数(9)才满足上述条件,因此得到 * 的本征值谱为

                                                 2010年10月02日 - 李新民 - 物理学探索    , 2010年10月02日 - 李新民 - 物理学探索                    (15)

m为磁量子数。磁量子数m代表某一椭圆面所含的波数。量子力学算符含有粒子动量,质量和能量等粒子运动信息,量子力学算符作用于2010年10月02日 - 李新民 - 物理学探索所形成的本证方程也是动力学方程。

                                                    五量子测量和量子退相干

  粒子性是客观运动图像,波动性是理论图像,是函数图像。这就是对波粒二象性和量子力学波函数最真实,最实在的解读和解释。准粒子,并不是真实存在的粒子,它是对介质或晶体的能量运动(振动)的一种约化,现在许多准粒子被证明是具有波粒二象性图像的,用波函数和量子力学可以进行描写,这也证明粒子波是理论图像,不是真实存在运动的图像。量子力学的不完备主要表现在,1用理论的图像去对应客体粒子的运动图像,2粒子测量问题和退相干问题已超出量子力学的理论体系。现实中由于量子退相干效应的存在,量子纠缠态的相干性就会衰减,从而导致量子纠缠发生变化。 夸张地说,退相干效应指的是“当没有人看月亮时,月亮只以一定概率挂在天上;而当有人看了一眼后,月亮原来不确定的存在性就在人看的一瞬间突变为现实”。“量子退相干和量子纠缠动力学是两个相关的问题。退相干解释考虑把环境相互作用包括进来,作为对于物理系统的行为的一个客观描述,是独立于任何解释框架的一个客观的解释。找出了在该环境下的免退相干子空间;发现量子纠缠的演化不仅依赖环境的温度、相互作用耦合强度,而且还依赖量子系统自身的大小、初始态。这些结果为设计无噪声的量子编码提供了依据。 在经典物理学中,环境通常被看作是对系统的一个“扰动”或“噪声”。在许多情形中,依照系统和环境的相对大小,人们把环境对系统的影响忽略不计。在量子力学中,环境对系统的影响不能仅仅被看作是对系统反冲力的一个简单的传递。环境对系统的影响实际上导致系统—环境联合体形成一个非定域的纠缠态。因此,如果想用量子力学的术语适当地描述一个给定系统,那么就一定不能忽略系统和它的巨大的、无所不在的环境之间的相互作用。为了对于系统的时间演化做出一个完全的描述,需要把环境包括进来。但是,随后通过不观察它,至少“忽略”了一部分环境。这就是所谓的粗粒化”。量子退相干是和系统环境密不可分的,它和系统物质不断发出热辐射波等电磁波紧紧地联系在一起的,它就是量子器件中的1/f低频噪声。我们知道,任何原子,分子的物质粒子都不停地辐射热辐射等电磁波,这热辐射等电磁波是随时间自由膨胀的,它具有密度大,温度就高,热力学定律就是由此支配的;温度高(密度大)的热辐射等电磁波总是向温度低(密度小)区膨胀,扩散。见本文作者《能量,空间和物质》一文。在电子和光的双缝干涉实验中,从双缝射出的热电子或光子都伴随有一定的热辐射等电磁波,即从双缝射出一束温度高于(密度大于)周围环境热背景的热辐射等电磁波,这个温度高于(密度大于)周围环境热背景的热辐射等电磁波是有热传递性质的,因此,它就要向环境扩散,膨胀,这样双缝就发生干涉。当系统环境热辐射等电磁波的温度和双缝发出热辐射等电磁波的温度相差减小到某值时,即它们的密度差减小减小到某值时,干涉消失。如果我们观察干涉图像时,必须给系统照射一定的光,这样系统的热辐射等电磁波就有所增加,使得从双缝出来的粒子带的热辐射等电磁波和系统环境热辐射等电磁波密度差减少,扩散逐渐减小,干涉逐渐减弱,直到干涉消失;当我们撤掉照明光后,干涉会很快恢复。在固态量子器件中发现了不同类型的低频电荷,低频磁通和低频电流噪声等,它们都是电荷,磁通和电流带出的热辐射波或一定频率的电磁波。从以上分析得出:干涉消失是逐渐的,肯定会出现一定的包络宽度。法国Haroche小组1996年完成的腔QED退相干过程实验恰好证实这一点,这和量子力学正统诠释的哥本哈根学派,描述的经典仪器引起的坍缩是瞬间的相冲突。 量子测量和量子退相干是和空间能量的性质,真空的本质联系着的。量子测量,量子退相干和空间本质的了解会极大地推动科学的发展和变革。

    量子力学诠释困难和混乱关键在于:物理学家将量子力学认定是物理原理理论,从来没有人将它看成是构造理论或科学的工具,因而也就没有人能读懂理解量子力学。归根结底,量子力学是我们的,不是宇宙的;是因我们的需要产生的。量子力学是我们获取微观的有力工具,物理学家和科学哲学家做梦也不会想到量子力学只不过是一个探索微观的工具,它不但没有将经典力学概括,反而还原到经典力学中,还原的初等数学中;这也是他们不情愿的和不甘心的,因为量子世界为他们提供无限美丽的画面和广阔的前景,量子世界的突然消失,对科学,对科学家的冲击是可想而知的。这是没有办法的,科学必须在务实的道路上才能发展。同样量子力学的应用也是一种方法的延伸和扩展,这种方法的延伸和扩展是否合理有效,是应该谨慎对待。以相对论和量子力学为基础的现代科学是建立在构造理论的基础上的,不是建立在基本原理的基础上的,科学大厦随时都有坍塌的危险。客观规律是由极其简单的法制支配的,由数学构造的科学它只能提供一些有关数值的信息和形象的图像,无法提供世界的本质。量子力学诠释的困难,量子力学和相对论无法统一就是构造理论带来的。面对现代科学及理论,用数学函数,数学图像代替物理图像;用数学功能代替物理功能;把世界用数理逻辑方程和图像统一起来,用数学解释世界,用数学创造世界的泛滥现象,李新民量子力学诠释起到了一个好的,积极作用。李新民量子力学诠释是最本质,最真实的对量子力学的解释。它不仅有可能结束量子力学诠释的混乱局面,为量子力学的健康发展给出指导思想;还会给现代科学带来深刻的思考。

 

 

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