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为什么微观粒子服从量子力学规则——一个推测性的视角

已有 392 次阅读 2026-4-13 09:58 |系统分类:科研笔记

经典到量子.png

博客不同于学术论文的地方,在于可以展示很多琐碎的、不成熟的思考。

我最近的论文[1]利用算子代数的Tomita-Takesaki定理建立了一个复数时间图像:当系统降低到绝对零度附近时,实时间冻结,虚时间涌现——简单来说就是,维克转动描述的是一个降温过程。

这似乎可以解释为什么会有量子力学。

考虑一个处于绝对零度的系统。按照热力学第三定律,它的熵要么等于0,要么等于常数,但绝不能发生变化。也就是说,这个系统即使发生演化,其熵也绝不能发生改变,否则就违反热力学第三定律了。

 那么,什么样的数学对象能够描述这样的绝对零度系统及其演化呢?

 答案是:态矢。

 只有态矢做幺正变化,才能保证它的熵不发生改变。而态矢做幺正变化的数学描述方式就是薛定谔方程

 下面举一个例子(即所谓“思想实验”)。我们考虑一个粒子系统,它们服从热扩散方程:

 image.png

 现在我们将这个粒子系统的温度降低到绝对零度 T=0。按照前面的复数时间图像,它的实时间 必须维克转动到虚时间 is,即 t —> is,从而变成薛定谔方程:

image.png

这样做维克转动之后,W变成一个复变函数,与之前有限温度时的 不同,前者变成波动,后者却是密度(实函数)。从熵的角度来说,描述的系统,熵是变化的;而W描述的系统,熵是不变的。

 上面 Wc 的薛定谔方程也可以写为积分形式:

 image.png

这里可以看到指数算符exp[*]就是幺正算符,它将态矢 Wc(0) 映射为态矢 Wc(s)。整个过程保证体系的熵不变。

即,有恒等式:

 image.png

这提示我们:

量子力学本质上描述的是接近绝对零度的体系,该体系的演化要保证熵不变,所以唯一的描述方式就是态矢。

 

在这里,有人可能会追问:既然要接近绝对零度,为什么有限温度下也有量子力学?

 我的回答是:温度是一个统计概念,它适用于大量粒子的情形,对于孤立的单粒子而言,温度有意义吗?没有!所以即使单粒子处于高温环境,只要它保持有效的孤立性——最多与环境(热源)有非常弱的耦合(比如光子),那么其有效温度也是接近绝对零度的。

 但如若该粒子与环境(热源)有很强的耦合,以至于拥有环境的温度,那么它本质上成为了环境的一部分,也就无法用虚时间描述了,而这就是退相干

 整个逻辑清晰无比!

 所以微观粒子为什么服从薛定谔方程,也就一目了然了。

 

当然,上面这些思考都是基于论文[1]复数时间图像的一些推测,并不一定正确,只能提供一些思考。

 

 

 

参考文献:

 [1]. Y. Tao, (2026): Complex time and quantum criticality: A renormalization group framework. Physics Letters A 579, 131491

 



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1 王涛

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