物理学哲学分享 http://blog.sciencenet.cn/u/赵国求 研究员,武汉市学科带头人,专著十部,国内外发表论文六十余篇。

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电磁场和薛定谔波的本体论特征(5)

已有 4373 次阅读 2010-12-21 10:44 |个人分类:物理学哲学|系统分类:科研笔记

3)、电磁场与量子场本体论概念区分

现在我们可以从本体论上概念明确地区分:能量子与光量子;电磁场(物质场)与德布罗意─薛定谔波场(量子场);玻色子场的场量子与费米子场的场量子了。

1)电磁场

a电磁波是电磁能在机械以太中的传播。基本本体是经典牛顿时空中的机械以太。

b电磁场由连续物质场构成,是物质新形态。电磁波是连续物质场场能的空间传播。能量子是连续物质场“能量”的非连续属性。能量子能量ε=hν。这里基本本体是连续物质场

c电磁场由独立的、永久的具有能量、动量的离散物质微粒构成,这个物质微粒就是光子。光子的能量也是ε=hν,光子的能量=能量子的能量,即ε=hν电磁波是光子的疏密分布波,或粒子能流密度分布波。这里基本本体是粒子。

2)量子场:与物质粒子相伴生的德布罗意─薛定谔波场。

狄拉克(1927)、玻恩(1927)、温策尔(1960)、约当(19251926)均有论述[15]。物质粒子有两类:一是费米子,对应费米子场;二是玻色子,对应玻色子场。前者是相互作用的粒子,后者是传递相互作用的粒子。对光量子对应的物质波实施量子化,不是对连续物质场的非连续“分割”。光对应的物质波与场量子是同一物质实体——光(电磁场)的两种不同存在形态。

对薛定谔波的解释大致可分两类:

a实在论解释──波本体论或波本体+粒子本体论(薛定谔、德布罗意、玻姆等)

b概率解释──粒子本体论(玻尔、玻恩、海森伯、狄拉克、温策尔、约当等,但后来玻恩、海森伯、狄拉克也承认波函数有实在性)。

概率解释又有两个版本:

(a)波函数是单粒子的完备描述(玻尔、玻恩、海森伯、狄拉克、温策尔、约当等);

(b)波函数描述粒子系综(爱因斯坦、玻普尔、布洛辛采夫等)。

3)场量子:与德布罗意─薛定谔波场相伴生的物质粒子。

a、费米子:费米子场的场量子。能量与频率,动量与波长的关系是E=mc2=hνp=h/λ,动量p=mv(或m0cmc),m0是静止质量,m是运动质量,h是普朗克常数。

b、玻色子:玻色子场的场量子。能量与频率,动量与波长的关系是ε=h ν

p = h ν/c 。光子(ε=h ν)是电磁场(物质场)的量子,但光子也是对应薛定谔波场(量子场)的场量子。电磁场(物质场)的特殊性在于,电磁场的波频通过光子(ε=h ν)与光量子薛定谔波场频率相等,但这里,量子场=物质场吗?

如果量子场=物质场,而物质场是一种特殊形态的物质,那么,量子场──薛定谔波,也应是一种特殊形态的物质,或者说至少具有“物质性”。否则量子场与物质场之间就不存在这种等价关系。对玻色子场如此,对费米子场更是如此。如果遵循薛定谔波概率解释,数学的概率波场绝对无法等于物质场!此外,一个纯数学的概率波场如何激发出物质性的场量子呢?看来,无论是费米子场,还是玻色子场,场量子的物质性均要求薛定谔波场(量子场)的物质性,均要求对薛定谔波做实在论解释。电磁场的物质性无庸致疑,但量子场(薛定谔波)的物质性却大有争议。对ψ场的实体解释,场有物质性,场量子的产生有对应的物质基础,但仍有许多认识上的困难却难以克服;对ψ场的非实体波解释,目前在物理学家中占主流,但一个非物质的“场”,却能“量子化出”物质性的场量子,这一认识困难同样难以克服。我们认为,ψ场实体解释遇到的困难只是方法上的困难,而ψ场概率解释遇到的困难却是根本性的。要从根本上解决问题,人类还得去寻求那个与物质粒子相伴生的ψ场的实在性,去认识那个“波粒二象性”到底意味着什么?物质波本身就是基本本体的新形式?曲率波是其具体的物理呈现?人类又一次遇到了类似抛弃以太的新时代。量子场论中不也是一开始就赋予了波函数物质实在性吗?只是在其规范场形式中才又完全回归为波函数的纯数学特性。量子场论中同一概念内涵的游移不定,着实让人费解。量子力学曲率解释中的曲率波很可能是薛定谔波实在论解释的优选者。

其实,海森伯的矩阵力学为人们认识这个既是粒子又是波的微观量子客体早已提供了新的启示,只是没有引起人们的注意。量子跃迁中波函数的定态设:ψ=anψn ,算符的非对易特性:ABBA=-i?,量子测量中态的坍缩:Aψ=anψn,测不准关系:△Px = ? 、△Et=h,均深刻揭示了微观量子客体的非点粒子特征。定态跃迁、算符的非对易及测不准关系是微观量子客体非点粒子特征的数学程式表达。它表明动量P不是作用在一个“点”,而是作用在一个有限的区域(△x),体现空间的广延性;粒子的能量则决定作用的周期过程,体现时间的过程性。动量P和位置X之间的表象变换实际上是“动因”与“结果”之间的变换,表明相互作用与由此产生的空间结构之间的关系,类似于正、反函数之间的变换。定态设及定态跃迁表明态与态之间的“整体(量子)突变性”及相互作用的非连续性。点粒子与非点粒子,相互作用的连续性与非连续性,是量子力学与经典力学理论建立中必须考虑的根本差别,它涉及基本本体的进一步演变。波函数是对微观量子客体时空特征的描述,薛定谔波是物质波,是物质存在的新形态。量子力学曲率解释对此做了详尽分析。

科学的发展中,由于光(电磁场)、电子等微观客体的本体在不断变更,于是反实在论者提出:同一所指,本体是不连贯的,这样的本体还存在吗?本体的断裂性,既给反实在论者提供了理论依据,也给科学实在论带来了严重的认识危机。



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