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牛顿爵士:量子力学波函数为什么是复函数形式?

已有 9556 次阅读 2017-6-18 18:04 |个人分类:杂谈|系统分类:观点评述| 波函数, 量子力学, 牛顿, 经典物理

“牛顿爵士,通过现象系统薜定谔方程的求解,可以得到复数形式的波函数,并据此可推算出一些关于物质结构和光谱现象精确的结果。复数形式的波函数是令人迷惑的,也是其神秘性所在,有关解释已经有了很多种,但至今仍未得出最终答案。对此您老有何见解,可以告诉我们不?”

牛顿:呵呵,呵呵。这个问题,这个问题的答案嘛,!@#%…………,我们私下聊,好不好!


“您老也懂不起,不晓得嗦?”

牛顿:你娃真是不识好人心,我是起了点私心,根据你较为优秀的表现,想把我的Idea传授给你,你拿着它申报项目,看你娃可怜兮兮的。给你一条生路,还不乐意!


“哦,原来如此。就目前的情况来看,没有这个必要。”

牛顿:为啥子呢?


“我研究氢原子结构,完全出于好奇心,从来就没有想过能通过相关成果,获得项目支持。因为,采用经典的科学理想,来认识带电粒子体系,例如氢原子结构,虽然是物理学的主流思想,是被错误地否定了的。不是当代物理学的发展潮流,是得不到支持的。”

牛顿:哎,但你也别灰心。你的论文在多次被专业期刊拒绝之后,现在中国科学网上公布,虽然没有精选,但也没有被关闭啊!中国科技日报也宣传了你的新理论啊,人民网、中国网,搜狐、华龙网等等,不也即时转载了吗?


“这些有什么用,没有得到物理学界的认可,一切等于铲铲”

牛顿:看看你,急什么呢,科技日报,人民网、中国网,是代表国家的门户网。他们能转载你的观点,说明编辑审查没有什么问题。如果你的学术理想仅是没有根据的想法,这些网站是绝对不会草率从事的。微软公司的必应引擎不是很正面地收录你的观点吗,将你的名字与氢原子结构、量子的解释紧密的联系在一起吗?


“您老这么讲,我心里安逸多了。”

牛顿:你们这些人,就是名利想得太多,科学探索本来就是不图名利。想多了会走火入魔的!!!


“哦,那么可怕?”

牛顿:关于量子是什么,会在不久的将来,就会有结果!!!


“关键是我能看到结果不呢?”

牛顿:切!!!刚让你平常心对待,你咋又不平静了呢?


“科研考核,没有项目,不发表论文,就要出局,就下岗。大家也没办法,我们是有明确量化工分表的啊!”

牛顿:我知道你们搞科研的不容易,知道“宝宝你们心头苦”,按照你们的考核标准,《原理》花了我二十多年最精华的时间才完成,之后也没有进行后继的研究,那我不早就下岗成乞丐了。科学研究不是生产牛奶,科学家不是奶牛,只要喂点草,就可以出产牛奶。科学重大发现是需要积累,是可遇而不强求的。如果再这样下去,科学界只会出产假冒伪劣产品。


“嗯,我明白您的意思,抱怨是没有用的。现在的情况是,只要你顺应潮流,站在风头浪尖,猪都可以飞上天,变成仙。”

牛顿:莫说这些了,只要你怀着真诚之心,坚持正道,就一定会发现自然的真谛的。

梅花香自苦寒来,人间正道是沧桑!


“谢谢您老的鼓励,看不出来,您的教学水平还那么高。现在我听听你的高见,关于波函数,可以吗?”

牛顿:要正确理解这个问题,你娃的思维水平需要至少提高二个层次!


“那有那么玄,您是不是要给我摆玄龙门阵?”

牛顿:别瞎扯,别听到一个虚数i,就把你们搞懵了,就好像进入虚时空。


“我真的是感到十分的玄妙,难于理解!”

牛顿:那什么是数学?


“数学是人类发明的逻辑体系,是描述科学的工具!”

牛顿:既然你都知道,数学只是一种逻辑,很多是对自然规律中观察得到的,是以自然规律中的逻辑为基础的,因此大多数的数学是可以用于自然科学规律中的逻辑描述。但就纯数学本身而言,只要满足逻辑规则和演算自洽完整就行了,现在你还感到玄妙吗?


“您老这么提醒,我好像明白了一点”

牛顿:你明白个啥子“铲铲”,讲来听听。


“哈哈,您老还幽默我嗦,那您边边上“打毛线”,我慢慢讲。”

牛顿:好嘛,我打毛线,看你娃能讲出个什么花。


“虚数i只是一个数学定义,等于负1的平方根,即 $i=\sqrt{-1}$ 。之后,我们引用了实数运算的相关逻辑规则,形成虚数域。复数由实数和虚数构成,可以表达更加复杂的逻辑关系和推导结果。仅此而矣!”

牛顿:继续说


“复数或复函数所能表达的,复杂逻辑关系,是否可以用于自然规律的描述,能有多大的用,是要根据具体研究的对象来确定的。如果没用,就只能是纯数学游戏。”

牛顿:耶,你娃开窍得快嘛,摸到边边了,再继续


“虚数被定义后,刚开始是没有找到应用的,后来发现波方程用复指函数表达,表达和运算简便,如下图所示:”


(本图来自网络,仅引用说明问题,无商业用途)

牛顿:对头,用复指函数表达,平面简谐波明显简便了,运算也简单了。但必须明确,只有实部才有物理意义。对虚部进行解读是荒唐的,这点必须记清楚。


“牛顿爵士,那我们该如何理解氢原子的复数形式的函数呢?”

牛顿:氢原子的薜定谔方程和量子假设E=hv,可以用于氢原子结构和光谱求解的。其正确性,是由氢原子光谱测量数据验证的。


“对头,您老继续讲,我打毛线”

牛顿:氢原子线光谱辐射,是由基态结构共振产生的,是可以用氢原子的薜定谔方程和量子假设E=hv,进行数学上的描述的。共振是要与外部产生能量交换的,有外场的作用才能发生。作为绕原子核运动的电子,在共振发生时,除定态轨道运动,还有轨道共振运动。因此是复合的运动,用实数形式表达,可能很复杂,甚至没有解析解。


“好像,我要明白了”

牛顿:别插嘴,打你的毛线!在你的前期论文中,原始的共振方程是不能解析求解的吗,当证明氢的基态是圆形轨道,基态轨道频率v与能量E引入E=hv关系,根据共振的特点,就推导出氢原子的薜定谔方程了,是不是?


“那又咋样,您老还没有说出解的结果是复函数”

牛顿:其实你在推导的过程,只是推导了驻波节点(振幅不变的点),才有E=hv的关系,表达了主共振高阶圆形轨道的情况。


“啥子哦”

牛顿:不信?你用R=a0,4a0,8a0,...,n2a0(n为自然数)试试,看是否满足薜定谔方程和E=hv。


“除主量子数n,那还有l,m,s量子数的解啊,如何理解”

牛顿:这是在圆形轨道主振动情况产生的次级共振,以及电子轨道和自旋磁矩与外场作用影响下,表现出的共振模态,所有模态轨道都满足轨道封闭原则,同时必须要有外场参与才能维持。当外场消失,氢原子会回到基态。这种复杂的过程,正好波函数的解析解中的复合逻辑关系能正确描述轨道共振发生时一些物理量的关系,特别频率与能量。明白了吧!


“牛顿先生,你真是科学巨人,把这么复杂的问题,讲得那么清楚,谢谢您了!”

牛顿:因此,只要你记住,复函数是一个复合逻辑体,能表达微观结构共振现象中一些物理量的关系,就足够了。因此明智的科学家,把量子力学当工具,推导出有用的结果,而不对其含义作出过多的解释。


“那为什么薜定谔方程具有普适性呢?”

牛顿:这个有点言过其实,准确地,是对微观结构共振,即所谓的“量子化”现象是非常有效的工具。因为,我们现在没有更加精密和先进的设备,可以像观察月亮绕地球的运动那样,观测电子绕质子的运动。我们只是通过氢原子产生共振时,辐射出的线光谱来推测其结构和辐射机制。

   所以,你的氢原子结构经典理论与量子力学的争论将会持续下去,但最终会得到承认!

祝顺利,但不要太在意得失!!!


“好的,谢谢您牛顿先生,我会正确对待物理学界的反应和态度!”



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