更多

解读《解读量子力学》一文

2010-03-13 10:29:50 来源:

《解读量子力学》一文分两篇文章,上篇为《解读量子力学》基础部分下篇《解读量子力学》测量部分

一 量子密码

要解读量子力学必须弄清楚波所表达的物理图象是什么,它的物理意义是什么,即波的本质。《解读量子力学》就是在弄清楚了波的本质之后,在博文《波的本质》的基础上完稿的。波动图象不是运动的轨迹,它是运动的振动图象。单摆运动不是波,而是摆锤的左右摆动;但是它的运动可以转化为摆锤的受重力或势能的振动图象来描述,这样摆锤运动就被人们赋予了波的性质。量子力学是通过解读量子密码来获取微观信息的,量子密码是波函数所传达的微观信息。波函数是微观世界的传感器,通过解读传感器所传来的量子密码,量子力学来构画出微观世界的图象的。量子力学是将原子等微观系统中粒子受力或势能的周期性变化,转化为简谐的振动图象来加以描写的。在探索微观的世界的进程中,由于原子中电子绕原子核运动的周期是瞬间的,几乎是不可捉摸的(见博文《新原子模型》)很难用运动轨迹和轨道方程来描写,用经典的轨道方程是很难进入微观世界的。德布罗意无意识的架起了一条微观与宏观勾通对话的通道,量子力学借用经典电磁波的图象和成熟的振动与波的数学模型,用德布罗意波巧妙的将粒子赋予了波的行为。将粒子的运动状态转化为粒子在系统内的周期振动状态来描述;也就是说,将粒子在系统中的运动轨迹,转化为粒子受力或势能周期振动的振动函数,再用经典的波动理论来描述的。我在博文《波的本质》中已经说明波是力周期振动的图象,这是问题的关键。所以说,量子力学是研究波函数的学问,德布罗意假设是它的精髓。量子力学是处在数学和物理学中间的学问,它不管微观状态如何,甚至也不管物理本质和概念,它只管将粒子的运动转化为振动的状态函数,用振动波的形式对其描述的。既然粒子运动可以用波来描述,那么粒子的运动就化成了一条周期振动波的曲线,粒子也就有波动性了,这就是粒子“波粒二象性的真实物理内容。既然粒子有波动性”,结合德布罗意“通道”,就得出了“海森伯不确定关系”。

局域在空间某一区域内的粒子,必然不能用一个具有确定频率和波长的德布罗意波来表示,而必须用一个波包来表示。波包的包络线以群速度dω/dk运动.设有一个局域粒子,它用德布罗意波群(波包)来表示.对于每一分波,能量和频率的关系式为:E=hν;动量与波数的关系为p=hk.因此,群速度Vg=dω/dk也可以用下列方法表示出来:

群速度并不反映波的性质,而是更多的反映波包所通过的介质性质,量子力学通过如下假设,将粒子与德布区意波一致,即:

(dE/dp)波包=(dE/dp)粒子

在粒子能量的表达式中,只有动能依赖于动量,因此dE/dp=dK/dp,对于非相对论粒子,dk/dp=p/m,这就是量子力学重要结果和支持:粒子的速度等于对应的波包群速度,又等于粒子的速度。

波函数和光的电磁波具有相同的数学形式和结构,都是位移X和时间T的周期函。这种周期函数是一种振动图象的波动函数,是电子等粒子受电场力或势能的振动或波动,更本质的是受力的振动或波动。在原子中,电子不是绕原子核不停的旋转,而是每一个周期绕原子核转n圈(见博文(新原子模型和共价键》),这样,电子每转n圈为一个周期,可以用电子受电场力或势能的周期振动图象来描述。微观粒子完全都处在力或势能的周期运动中,都可以将它的转化为波动的图象来描述,这是量子力学能很好的描述微观状态的关键因素。将粒子的运动转化为波函数来描述,波函数模的平方就有了新的物理意义,它应表示为粒子受电场力的概率分布。电子的两缝实验和电子的干涉没有任何关系。电子的波动是一个电子或波包形成的振动图象,电子的双缝实验是多达20000个以上电子形成的随机概率分布图象,两个电子或波包相互干涉只能是势能或电场力的叠加,不可能是电子出现的概率叠加。在物理学中,力是可以叠加的,有相应的物理图象;而电子出现的概率怎样干涉,怎样叠加,没相应的物理图象,出现的次数可以干涉,很难想象。玻恩的波函数概率诠释无相应的物理图象,波函数是势能的振动函数,势能由电场力决定的,所以波函数也是力的振动函数,波函数的模的平方就应表示为电子受电场力的概率分布。

二势能振动波函数

在经典力学中,热能是位置的函数,在一维情况下,势能函数可以在平衡点,用泰勒数展开,最后化成一个简运动图象和函数来加以描述,通过德布罗意关系又将经典的热能波动图象,转化为粒子的振动函数,并证明波函数就是粒子的振动函数,由于以下全是数学推导,本文从略

三对薛定之学方程的诠释

文章通过薛定谔方程的构思过程:①能量守恒,②单值,③方程的解与德布罗意关系一致,④满足因果律四个方面逐个分析其方程所表达的物理意义。并证明了薛定谔方程是粒子势能的振动方程;同时也证明了波函数对位移x的二阶导数和对时间t的一阶导数与粒子的势能存在某种线性关系(证明过程略)。量子波函数同经典波函数不同的是:它是一个一维的二元波动函数。

 

三对波尔原子模型的解释

玻尔根据电子轨道量子假设,将电子的势能转化为了电子的周期振动图象,玻尔模型电场力和势能的振动是不连续的,势能是以玻尔轨道为等势能曲线在原子半径区域,以原子半径为周期,以玻尔轨道为点,作周期振动的,虽然玻尔模型给出了不同的等热能曲线,但是玻尔将这些曲线看成是电子轨道,用轨道方程对电子的运动进行描述的,同样,薛定谔方程是将这些等势能曲线转化为一振动函数方程来描写的,方程的解之一主量子数n就是波尔轨道量子数,这样,我们就解释了为什么他们用不同的方法会得到一致的结果,同时还给出了能的物理意义

四金属导电的本质和振动图象

作为例子,用金属导电的性质和电子在导体中的运动状态来证明,金属导电等微观运动都可以化做波函数,用薛定之学方程来描述的,下面我们以博文《新原子模型》为基础,给出金属导电的本质和运动图象,在金属中,A核发射到原子半径上的一个电子,这个电子绕A核转了n圈后又被原子核的电场力吸进A核,在一堆金属晶格左侧通电,在电场力作用下,从晶格A发射到原子半径处的电子偏离A核和B核电场力的平衡线,进入B核的电场吸引力区,使这个电子绕B核转n圈,被吸入B核,进入晶格B中,晶格不停的接收左方晶格的电子,自己晶格发射出去的电子又不停的被右方晶格捕获,宏观上形成导体的定向电流。电子具有屏蔽能量的作用(见我的博文),电子离开原子的瞬间,原子缺少一个电子屏蔽能量,原子就释放热量(能量),表现为电流的热效应。晶格与晶格间存在一定密度的能量,能量对电子运动有阻碍作用(见我的博文);温度高,晶格间的能量密度就大,对电子的阻碍作用也就大,表现为温度升高电阻增大的现象。通过图我们可以看出它是描绘一维电子运动的轨迹图象,其函数是一维正弦函数。电子的振动函数是与轨道函数相差二分之派的正弦函数,利用德布罗意波,可以将其化为相应的量子波函数和薛定谔方程。金属导电的振动图象同一维弹簧振子链一样的德布罗意波包和波函数表达。

实的量子世界

对《解读量子力学》上一文的中心思想总结如下:量子力学诠释一直是学术界争论的焦点,到目前为止,没有人能真正理解它的真实物理含义,也没有人知道波函数描述的真实物理图象是什么,这和量子力学的巨大成功极不相符。量子力学一方面取得巨大成功,一方面又给人们带来很多疑惑,特别是量子力学诠释。主观介入的量子力学诠释,使人们无法接近量子世界的真实面目,迷雾重重。《解读量子力学》一文率先驱除迷雾,让人们理解了量子力学的真实物理含义。

量子力学是将有定域性的的客观世界转化为非定域性的波动及其理论来进行描写的。这是一种变换方法你的描写,并没有改变客观世界的本质,也不代表客观世界客观世界就有这样的性质;换句话说,量子力学是将经典波动理论德布罗意波的性质而形成的理论。将粒子赋予波动性是因为量子力学描述的需要,不是客观存在。正如玻尔所说的:“根本就不没有什么量子世界,仅仅只有一个抽象的量子物理描述。认为物理学的任务是发现自然是怎样的观点是错误的,物理学关心的是我们关于自然能说什么。的确不存在量子世界,量子世界是因函数转换而形成的假象。量子世界是由量子化引起的,量子化的实质是将光的动能同普朗克能量子;将粒子的动能同德布罗意波等同起来,再经过薛定谔方程来描述世界的。

经典力学的机械波和电磁波的波函数具有相同的数学形式和结构,都是将复杂的运动图象化为简单的振动图象来描写,量子力学与经典波动不同的是用德布罗意波进行这样的转换的。用振动与波来描述世界虽然带来巨大方便和好处,但是不全面。不论是经典物理还是现代物理都还处在对世界的唯象描述上。电磁波理论是较成熟的理论,也是让人类进入信息化社会的主要理论,但它在实际的应用只是一些近似解。描写波的数学理论和实际存在偏差。量子力学方程是在一个理想化(绝对真空)空间的理想方程,并遵循时间反演不变性。量子力学的理想性还在于,它不管物质复杂的运动形式如何,也不管相互作用的本质原因,甚至是不要物理概念,从物质微观简单的振动图象来获取信息的。其效果如同听电视和看电视的差别,都能获得节目的信息,但效果有所不同,信息量少了很多。量子力学给人类社会带来的进步是不可估量的,如果只沉迷于量子成果中不能自拔,将世界都量子化,不再做量子之外更本质的追究将会严重阻碍科学的进步。量子力学不是客观的真实写照,而是探知客观的工具,更象数学。用量子波动理论来描述世界,必然存在“波粒二象性”,这是波的非可定域性决定的。用量子力学去探知世界更本质的原因是得不到结果的,就是得到结果也是荒谬的。从另一方面讲,不管是现在还是将来,探索微观世界离不开量子力学,这是由它的特性决定的。在原子中,电子的运动根本无法测量,电子绕原子核一周用瞬间来形容都是比它长的多的时间,深层次更是如此。如果用经典的方法,我们永远被挡住微观世界之外。如果将世界全交给量子力学又是不客观的。

相关热词搜索: 解读 解读 量子力学

上一篇:μ 子反常磁矩之谜 (六)
下一篇:4000年前的尸骸之谜

头条推荐

栏目本月热点

宇宙

精彩图片

前沿