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论宏微因果关系及量子平行态

已有 686 次阅读 2020-4-16 20:53 |个人分类:物理学哲学|系统分类:科研笔记

 

论宏微观因果关系及量子平行态

 赵国求

        

                         湖北省创新研究会前沿科学研究院

华中科技大学—WISCO联合实验室

 

摘要

宏观经典世界,内在定域因果关联微观量子世界,内在非定域因果关联。量子测量的物理本质是消除非定域因果关联恢复定域因果关联;测量导致: 4维复时空向4维实时空的全域转换量子场向经典连续场的转变。量子态的非定域“坍缩”是在时空的全域转换中实现的,把宏、微物理态演变的因果关联同等看待是不对的。

关键词:因果关系  定域  非定域  量子平行态  时空转换  坍缩  量子测量

1.引言

    因果律,就是事物之间的因果关系[1][2]。因果关系是事物和现象本身所固有的;原因在先,结果在后;相互作用是它们之间联系的纽带[3]由于作用速度不超过光速,因而相互作用+作用时间过程同定域因果等价[4]“定域因果性”是宏观物理学中讨论因果性的重要哲学和物理学基础。

中国古代哲学家主张“天人合一”。在中国哲学家眼里,“天”是“宇宙”,是“大自然”,人参与着它的建构;古希腊哲学家主张自然与人分离,自然有自身内在逻辑与必然性[5],认识自然就是求真;我们则认为“大自然”是“自身内在逻辑与必然性”及“人参与”的统一。但人不可将主观臆想肆意强加给“大自然”,人不能为自然立法[6]

传统思想认为,因果性有力学因果性与统计因果性之别。力学因果性认为相互作用是运动状态改变的原因,包括经典统计热力学,相互作用是因,状态改变是果,具有决定论意义。

量子力学统计因果性认为,波函数的时间演化是决定论的。由于波函数的统计意义,薛定谔方程的时间演化具有统计因果性。时间演化是因,概率分布状态改变是果,薛定谔方程的时间演化是决定论的[7]

  1. 本征态间类空间隔的产生
    2019年 6 月 3 日,英国《自然》(Nature)上发表文章称,量子跃迁有

    定时间过程。我们认为由于跃迁时间极短,量子理论体系假定突变时间t=0,仍然有效,量子理论成立。借此可定义跃迁速度概念若微观客体在线性、平直、连续时空中运动。s为跃迁距离,t为跃迁时间,跃迁速度可定义为

                           v=s/t

    1)质点模型中微观客体的运动属性

        质点无大小。量子力学中,在微观客体自身结构范围内,质点模型理论中

    前后量子突变距离s→0=0,突变时间t→0=0ΨnΨn+1同时出现。跃迁速度             

                           v=s/t=0/0=C(常数)

    理论上,常数C可以小于、等于、大于光速。

        突变时间t=0,暗示跃迁速度可以超过光速。超光速是微观客体的基本性质

    这是量子跃迁与质点模型附加给微观客体的额外性质,有人的主观性,对应点

    子模型理论运动中的内在规定性。狭义相对论中使用的是点模型,能量连续变化

    没有能级跃迁,正好可以对应一个定域性因果约束条件。狭义相对约定,取

    C小于、等于光速,刚好满足定域因果性要求[8]

        量子力学中人的主观暗示与狭义相对论约定发生了矛盾。

    2)有形微观客体与空间非定域性

       真实微观客体是个有形结构,跃迁时,最小跃迁距离是整体结构s=2RR

    场物质球半径。跃迁距离s≠0,跃迁时间仍然规定t=0,跃迁速度  

                              v=s/t=s/0=∞

    运动、能量变化“超光速”!有形客体“前后态”量子跃迁伴有空间间隔s=2R

    的突然加入,插入了类空间隔。能级间能量变化“超光速”有客观依据[9]

    有实验表明,量子态之间类空间隔区域是微观客体的康普顿(Compton)波

    λc=ћ/mc,它无疑给场物质球模型提供了理论和实验支持[10][11]。双4维时空协变量子理论中定义的类空间隔,正是微观客体康普顿波长:λc=ћ/mc,即微观客体的场物质球半径R

    在量子跃迁假设下,量子态Ψn—Ψn+1之间,就有一个光速无法沟通的类空

    间隔插入,以替代粒子不能叠加的经典概念,并为非定域因果性播下种子。但点模型却把这种客观原因造成的空间性质的变化,主观上变成“点”粒子超光速变化与运动属性,造成量子力学与相对论不协调。主观归还客观,建构新的时空,是消除矛盾的根本出路。

    量子力学时空不是普通的牛顿时空狭义相对论时空,而是满足量子力学规

    律、合理解释量子现象的新时空。它就是双4维量子力学复时空。双4维量子力学可以通过采用多维状态空间数学方法,引进光锥图分析类时,类光,类空空间之间的相互关系。双4维时空量子力学与狭义相对论有内在一致性,可以相互沟通[12]

  2. 点粒子模型中,多维状态空间性质与背景空间相同。代价是微观客体赋予了运动变化超光速属性,与相对论矛盾。球模型双4维时空量子力学中,微观客体在时空中运动,量子跃迁使态与态之间增加了类空间隔,状态空间物理性质发生了变化,不同于背景空间。双4维时空量子力学中,微观客体结构量子化及量子跃迁是时空非定域的根源。

    点模型与球模型状态空间物理性质是不同的。球模型量子态在双4维复时空,物质波传播在类时空间,与相对论协调;点模型量子态在4维实时空,暗示粒子有超光速运动,与相对论不协调;类空间隔和超光速运动是两种模型在不同物理空间的等价表述。描述量子现象,球模型双4维复时空比点模型4维实时空更合理。

    点模型4维实时空内在定域因果性,球模型双4维时空内在非定域因果性。量子测量则导致连续补偿作用的引入,物理时空非定域的消除,双4维时空向4维实时空的全域转换;导致球模型到点模型、量子场向经典场、物质波到概率波的转变。两类空间可以通过量子测量沟通[12]

    总之:

    1)测量前:非定域因果关联,存在量子平行态。态与态之间定域相互作用被截断,微观客体作自由运动,建在微观客体上的坐标系是惯性系,空间平直;

    2)测量:引入连续相互作用,能量、动量、连续变化,类空间隔消失,使用点粒子模型描述物理现象;

    3)测量后:物理空间发生了转换,恢复定域因果关联,微观客体在4维连续实空间运动,使用点粒子模型,微观客体概率属性得以呈现。

    4)测量:引入相互作用R过程,类似惯性系间引入非惯性系,本质是消除类空间隔。

    世界就两个,一是微观量子世界,一是宏观经典世界。微观量子世界,内在非定域因果性,存在平行量子态;而宏观世界状态改变需要相互作用和作用时间改变,内在定域因果性,不可能构成类似量子世界的同时平行态。

    宏观世界内在定域因果性,力是因,状态改变是果;微观量子世界内在非定域因果性,类空间隔是因,自由微观客体平行量子态出现是果。宏观世界没有量子世界相同意义的平行世界存在。

    量子力学中,波函数称为概率幅,具有概率属性,双4维时空协变量子理论中波函数具有物质属性,是物理波(由史保森等人所证实[13])。所谓薛定谔方程的时间演化是决定论的,指的是物质密度或结构的时间演化是决定论的。波函数测量表现的随机性,只是两类空间转换中波函数概率属性的实验呈现[14]。薛定谔方程本身概率幅并没有直接描述概率转化。

    3.两类因果关系的再认识

    定域因果关联同“相互作用+作用时序”等价[4]。自然界,因果关系有其内在的客观规定性。引力、电磁力、强力、弱力是客观存在的自然力,传播速度不能超过光速,规定了世界万事万物的运动规律,提供了定域因果关系逻辑基础,并为自然立法。人类可以认知大千世界的运行规律,但不能臆造,“道法自然”。“自然力为自然立法”,构成定域因果关系。

    量子力学中的本征态叠加,实质上是通过量子化及量子跃迁假设,引入类空间隔,切断连续函数相邻态之间相互作用和先后时序,保留本征态自身随时间演化的自由运动状态,并使其同时并存、叠加的产物[12]

    量子跃迁时间t=0,既造成量子态的平行并存,又造成了系统叠加态整体时间的连续性。它为薛定谔方程和狄拉克方程中时间的连续变化创造了条件。

    定域因果关联,有两个重要因素,一是相互作用,一是前后作用时序。简称定域因果两要素。根据狭义相对论,相互作用的传播速度是有限的,因此,有相互作用就有作用过程,相互作用的存在一定包含有前后作用时序的存在。去掉相互作用,又截断前后时序,还加上类空间隔的引入,就形成新的非定域因果关联。微观量子世界,空间非定域是因,微观客体自由运动,态的平行存在是果。

    在非定域因果性的微观量子世界,量子测量引入R过程,出现相互作用导致破坏非定域因果性,恢复定域因果性。破坏定域因果性,进入量子叠加世界,呈现非定域因果性;破坏非定域因果,恢复定域因果,进入经典运动世界。量子测量是两个空间转换的必经桥梁。

    定域因果既有相互作用又有时序,符合宏观经典世界因果变化规律;非定域因果微观客体自由运动,只有概率或物质密度的时间演化,符合量子世界薛定谔方程运动规律。薛定谔方程的时间演化是决定论的。

    通常把波函数演化的U过程和R过程,统一理解为3维或4维实空间的物理过程,这很难讨论量子态之间的因果关联。我们采用双4维时空方案对此作了修正,从而消除了许多认识上的混乱[15]     

    4.量子分割图解

    平面波叠加实际是连续函数量子分割的产物。物质波、概率波都是对量子现象的客观描述,但在不同物理空间。物质波在 W(x,k),概率波在M4(x)。通过量子测量进行转换。

    图一、能量连续变化波函数

    平直空间,连续曲线,卢瑟福原子模型:力的作用是因,状态改变是果——定域性因果关联。如图一

    图一、平直空间,连续曲线

    图二:能量及结构量子化分割——间段函数,态与态被截断--有类空间隔加入,破坏定域因果律,进入非定域性因果关系。空间非定域是因,微观客体自由运动,态的平行存在是果。

     

    图二、平直空间、间断函数、类空间隔

        1)图一到二说明:插入类空间隔,切断力学因果链,定域因果律遭破坏,态“同时”并存 。代价:牺牲经典定域性因果律。进入非定域性因果律,出现量子平行态。波函数传播在W(x,k)空间。

    2)图二到图一说明:测量引入了连续补偿场,破坏非定域性因果进入定域性因果,物理时空发生转换,物理模型变化,量子跃迁消失,恢复连续力学运动,消相干。

    5.结论与讨论

    1) 世界就两个。区别在于状态变化的因果关系不同。微观量子世界,内在非定域因果性,有平行态存在;而宏观世界内在定域因果性。宏观世界没有量子世界相同意义的平行世界存在。把宏观物理态与量子态等价,并作为“客观世界很有可能并不存在”的重要依据,是完全错误的。

        2)因果性:引入量子跃迁假设,破坏定域因果性,呈现非定域因果性,进入量子叠加世界;测量引入连续相互作用,破坏非定域因果性,恢复定域因果性,进入宏观经典世界。量子测量引入了连续相互作用,是两个空间转换的必经桥梁。

    3)时空建构:物理时空具有建构特征,人们可以将物理现象对人主观认知的影响,通过一定的转换机制,从人的主观认知演变成时空的属性,达到主客二分,客观描述外部物理世界。

    4)理论上讲,量子力学函数可看作是原子中电子连续运动函数按量子分割,截断、删除连续函数相邻态之间连续相互作用及状态连续变化的波函数。因此,是量子化量子跃迁将微观客体在经典时空经典连续运动状态变成4维时空中间断的包含类空间隔的局部量子自由运动4维时空量子力学中,爱因斯坦EPR论证中物理量实在性判据的来历很清楚[10][11]。物理量的实在性不是天上掉下来的,ψn(x)的本征值早就隐含在连续函数ψ(x)之中[16]

    参考文献

  3. 休谟,人类理解研究M)北京商务印书馆,关文运译,2010.p20、24、27.

    [2].康德,任何一种能够作为科学出现的未来形而上学导论M)北京商务印书馆,1997.庞景仁译 p3-15

    [3].马克思、恩格斯全集M中共中央马恩列斯著作编译局编译,北京:人民出版社2006p545-555.

    [4].L.斯莫林,通向量子引力的三条途径(M),李新洲等译,上海科学技术出版社,2003p7.

    [5].吴国盛,从求真的科学到求力的科学j,中国高校社会科学,2016,(1),41-50.

    [6].赵国求、李康,论物理时空的建构特征(j),现代物理学,2017,

    [7].薛晓舟,现代物理学哲学问题M),长沙:湖南大学出版社,1996,p85.

    [8]. 爱因斯坦,狭义相对论浅说M),北京,科学出版社,1965,p85

    [9].赵国求,找寻本征态叠加的物理机制[J]. 武汉理工大学学报(文科版), 2018, 31(3): 7-13.

    [10].曾谨言 裴寿镛,量子力学新进展,北京大学出版社,2000年,p305-306.

    [11].张永德,量子菜根谭(M)(第三版),北京:清华大学出版社,2012p295-303.

    [12].赵国求,4维时空量子力学基础M),武汉:湖北科学技术出版社2016p157-176.

    [13].史保森等,量子螺旋双缝实验:证实波函数的物理实在性[j],科学通讯,2017.08.024. http://dx.doi.org/10.1016/j.scib.2017.08.024

    [14].Guoqiu Zhao,Meaning of the Wave Function and the Origin of Probability in Quantum Mechanics,

    Published by Quantum Speculations on September 28, 2019 Volume 1, Issue 1, pages 32-45 https://www.ijqf.org/archives/5710

    [15].桂起权、陈晓平,互补性构架及其逻辑重建j,武汉大学学报(社)1997(2)

    [16].M . 雅默,量子力学的哲学M,秦克诚译,北京:商务印书馆,1989p557-565595-610.

     

On macro - microcosmic causality and quantum parallel state

Guoqiu Zhao

Huazhong university of science and technology - WISCO joint laboratory

Abstract:

Macroscopic classical world, internal localized causality; Microcosmic quantum world, internal non-localized causality. The physical essence of quantum measurement is to eliminate the non-localized causality and restore the localized causality. The measurement results in the global transformation of dual 4-d complex space-time to 4-d real space-time, and the transformation of quantum field to classical continuous field.The non-localized "collapse" of quantum states is realized in the global transformation of space-time. It is wrong to treat the evolution of macroscopic and microcosmic physical states in the same way.

Keywords: causality  localized  non-localized  parallel state  time-to-space conversion 

collapse  quantum measurement

 

 

 

 

 

 

 



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