电磁场和薛定谔波的本体论特征

赵国求

华中科技大学──WISCO联合实验室  武汉：430080

摘要：粒子和波是物质的两种基本存在形态，而基本本体则定义为不可再分的物质实体。按传统观点，“机械以太”，“连续物质场”，“光子”均是不同时期赋予电磁场的基本本体；德布罗意—薛定谔波的基本本体一说是“物质波”，一说是“粒子”。本体的断裂给本体论带来了深层认识危机，本体有被消解的危险。结构实在论为本体论做了辩护。相互作用实在认为，如果把机械以太、连续物质场、光子、场量子、物质波（曲率波）等均看作是人与未经观察的“自在实体——电磁场及电子”等互动的产物，则它们都不是基本本体而只是基本现象实体，本体的断裂性即可得到消除。

关键词：电磁场  薛定谔波  曲率波  基本本体  基本现象实体

一、普朗克能量子假设与电磁场基本本体的演变

1.从机械以太到连续物质场

麦克斯韦古典电磁场理论中，电磁波是电磁能在机械以太中的传播，电磁能是连续的。机械以太是不可再分的物质实体。机械以太的奇妙性质，给人类认识电磁场造成了极大困难。

在研究黑体辐射中，1900年普朗克提出了电磁辐射能量量子化假设：电磁辐射中带电线性谐振子能够和周围的电磁场——机械以太交换能量，这些线性振子只可能处于某些特殊的分立状态，其相应能量是某一最小能量ε（能量子）的整数倍^［1］，即：ε，2ε，3ε，4ε，… nε，n为正整数；对频率为ν的谐振子来说，最小能量为ε＝hν。式中h为普朗克恒量，在辐射和吸收时，振子从这些能量状态之一，非连续地变化到另一个状态。

按普朗克量子假说，原子世界能量是不连续的，存在能量的最小单元──能量子hν。这与经典热力学和电磁波能量连续性学说有着本质区别。在经典热力学和电磁理论中，电磁辐射能量可以是任意的量值。

普朗克的能量不连续性假说只是原子中一个理想赫芝振子的属性。1900年普朗克提出能量子假说时，还不涉及电磁辐射“场能”的量子化，而只是局限于线性振子的能量量子化。实际上，1905年爱因斯坦建立相对论之前，“场”并未成为一种独立存在的物质形态，它原本只是一种数学计算工具。因此，电磁波理论只是“机械以太”的波动形式，是电磁能在以太媒质中的传播。普朗克的能量子假说并不涉及改变电磁场“基本本体”——机械以太^［2］。为了消除理论与现象观察之间的矛盾，洛伦兹摒弃了以太的机械性质，以太成了“虚空”一样的东西，让“电磁场享有与物质一样的本体论地位”，像物质一样具有能量，具有非机械实体的资格，但以太并没有完全被抛弃。尽管电磁场仍然只当作以太的一种状态，然而基本本体以太的性质却在逐渐发生兑变^［3］。1905年之后，爱因斯坦的相对论确立了电磁场独立的物质形态地位，以太被完全抛弃了，完成了兑变革命。但在经典“场论”中，电磁场还是作为一个连续物质场处理，基本本体是连续物质场。电磁波是连续物质场的能量在物理空间中的传播，连续物质场是能量的承载与传递者^［4］。基本本体的变更，因“以太”造成的认识困难消解了。

1909年之后，经维恩(1909)、哈斯(1910)、索未菲(1911)、玻尔(1912)、约当(1925)等人的进一步发展，理想赫芝振子已由原子中的电磁振荡所取代。原子系统的定态及定态跃迁假设，使普朗克电性物质振子能量不连续性假设推广到了电磁辐射本身。电磁场的能量也是不连续的，定态跃迁中，发射和吸收也具有最小能量单元ε＝hν，而频率ν则与电子的轨道运动频率和电磁波的频率一致。不过，场的量子化，也仍然只是场能的量子化，丝毫不涉及电磁场作为物质场的量子化，不涉及基本本体的变更。场与场能的关系，曹天予有一个形象比喻:场之于场能，尤如物主之于他的财产。能量的连续或非连续与其载体之间也没有必然联系，比如电子，自由运动时，能量是连续的，一旦进入原子中，能量就是离散的^{［5］［6］}。

能量子是场能的量子化，而不是物质场本身的量子化，不涉及基本本体的变更。“质点”是场本体中讨论物质运动及相互作用的基本力学模型。能量子也是赋予“质点”之上的。

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