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非相对论量子力学有什么问题? 精选

已有 4050 次阅读 2018-11-13 16:31 |个人分类:量子力学|系统分类:科研笔记| 量子力学, 量子非局域性, 测量

 

量子力学是科学史上最伟大的理论之一,催生了现代文明中大量的关键应用和知识,如激光(信息和通讯技术),电子技术,核技术,超导技术,化学与生命的原理,宇宙演化的原理,等等。(但不能说,没有量子力学,就没有我们现在的世界,量子理论是人类认识世界过程的一部分,既是阶段成果,也是后面认识的基础,但不是原动力。)

即使对很多学过量子力学的人,脑海里面也没有非相对论量子力学的概念,认为只有一个伟大的理论,叫量子力学,它非常成功,在多场论战中战胜了伟大的爱因斯坦,所以量子力学更伟大。

然而,我们通常说的量子力学,是基于物质都是量子,量子都有波粒二象性,满足薛定谔方程,波函数是量子分布几率等基本假设,的一套非相对论理论。它在解释原子能级,黑体辐射,物质干涉现象,凝聚态性质,低温物理,等等,几乎所有的微观与介观物理方面的问题都取得了巨大成功,但是它仍然是一套阶段性的理论,并不完备(爱因斯坦语,虽然这里的含义与爱因斯坦原意不同)。

如果说波粒二象性,波函数诠释,本体与测量等更多是概念上的争论,非相对论这一点有实质上的表现,导致一些概念难以理解,最重要的就是波函数的坍缩概念。为什么一测量就瞬时坍缩了?没有物理量需要守恒的吗?波函数本来有一个很大的范围,怎么会突然超光速坍缩到一个点,或者从一个分布变到另一个分布?再比如原子激发,电子怎么突然从一个状态变到另一个状态呢?非相对论量子力学不能描述过程,只有初态、末态和跃迁几率。

量子的非局域性,是量子力学最重要的概念之一。它是指:一个粒子同时存在于很大一个范围,或者两个粒子,在距离很大的情况下也能瞬时相互影响。在非相对论条件下,这是自然的。因为波函数就是存在于全空间,如果要变化,只能瞬时全空间变化,没有过程。这就是非相对论量子力学哥本哈根学派对测量态坍缩解释的根源。

但这一概念违背直觉,无法理解。因此,薛定谔特别编了一个半死半活猫的概念来批评这一概念。

在一般的解读中,非相对论就意味着光速无穷大,传播速度也可以无穷大。量子态以无穷大的速度变化,就是瞬时发生,也就是态坍缩。

但是我们的世界并不是非相对论的。所以我们无法理解相关概念。

非相对论量子力学还有其它一些问题,比如不能处理光子(因为没有光速概念),没有相互作用(用维象的势函数代替),没有能级宽度,一般只能处理定态(含时间的过程用绝热近似),等等。




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