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量子力学傻话(1)

已有 1437 次阅读 2019-12-22 21:55 |系统分类:观点评述|关键词:学者

量子力学傻话

1. 波动的光子与物质波

最早提出量子概念的是普朗克,他的量子概念主要是认为黑体辐射能量或吸收能量是不连续的,是一份一份的,而能量多大一份取决于辐射或吸收光的频率,即E=hν,一份能量就是一个能量子。后来,爱因斯坦紧接着普朗克的思路,提出光的能量也是一份一份传递的,一份能量就是一份光量子,其能量的大小就等于光的频率与普朗克常数之积,与普朗克的能量子一样。爱因斯坦的光量子概念,后来明确为一种波动的粒子,即光子。他认为光的频率就是光子波动的频率。这是最早的光的波粒二象性解释。

爱因斯坦的光子概念认为光子因其波动频率不同而有不同的种类,波动频率快的光子具有的能量大,反之能量则小。爱因斯坦用自己的光子概念解释了光电效应,后来康普顿也用光子的概念解释了康普顿效应,从而引起轰动,被科学界接受。

普朗克的能量子概念,仅仅是认为物体辐射能量或能量被物质吸收是按某个份额进行的,不是一个连续的过程。而爱因斯坦则把能量子概念应用到了光能量的解释之上,并提出了光量子(即光子)的概念。这个概念把普朗克的能量量子化概念具像化了,也把光实物化为波动的粒子。自然地,也就把光子量子化为光量子。从此,形容能量是不连续的概念—“量子化的”形容词,就变成了“量子”实体名词。量子不再是指一份能量,也指某种具体的实物粒子。

在爱因斯坦光子波粒二象性概念启发下,德布罗意大胆推测,实物粒子同样具有波动性,并把实物粒子的波称为物质波。后来,戴维孙和革末的电子衍射和干涉实验被认为是证实了电子的波动性,从而证实了德布罗意物质波假说。

实物粒子像波一样运动,无法解释其运动轨迹是如何形成的。机械波如水波和声波,是由于介质的振动引起势能与动能的周期性变化从而形成波的传播。而实物粒子的振动需要有外力的周期性作用,而所谓的物质波根本找不到导致其波动的外力来源。

量子力学傻话

德布罗意

德布罗意于是假设物质波是波包,其传播速度以群速与相速两种速度来描述。由于德布罗意关系λ=h/p,ν=E/h,若粒子就是波包,则组成粒子的群速度不仅不等于相速度,而且彼此之间的相速度也各不相同,造成波包在传播过程中扩散,这意味着粒子会在运动中自动解体,这显然是不合理的。

后来玻恩认为,微观粒子的物质波表征的是粒子在空间中的各个位置出现的概率,波包的扩散实际上是粒子概率的扩散,而并非粒子本身的解体。这种解释似乎在一定程度上解决了波动性和粒子性的矛盾,但是从逻辑上来说,从德布罗意的物质波到电子等微观粒子的几率波,已经完全违反了同一律。这在科学上是不允许的,因为任何科学都必须符合逻辑的规律。既然物质波是几率波,那它又如何能够有速度、能量和动量?又如何有波长和频率?不能一会说它是物理实体的波,一会又说它是表征概率分布的几率波。可见,量子力学中波函数所描述的东西显然是违反了基本逻辑的同一律。几率波的解释完全是一种不合逻辑的狡辩。

量子力学傻话

玻恩

(待续)



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