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哥本哈根学派与实验事实之间的矛盾
1氢原子内电子运动瞬时速度和轨道半径的实测结果:本实测结果是利用中华人民共和国国家知识产权局已授权的发明专利——原子内电子运动瞬时速度和轨道半径测量方法及其测量设备测得的结果.发明专利号:ZL00105041.9,发明人:冯劲松.氢光谱巴耳末线系(主线系)表1,图1.
氢光谱巴耳末线系(主线系)表1
实测波长(Å) | 6562.10 | 4860.74 | 4340.10 | 4101.10 | 3860.09 | 3645.81 |
光子个数(个) | 10 | 13 | 15 | 16 | 17 | 18 |
电子运动速度(千米/秒) | 5173.9740 | 4899.4164 | 5510.2393 | 4673.4087 | 5860.4100 | 4313.0330 |
电子轨道半径10-12(米) | 9.464 | 10.554 | 8.344 | 11.600 | 7.377 | 13.620 |
电子位置序号 | ③ | ④ | ② | ⑤ | ① | ⑥ |
氢分子结构示意图图1
氢光谱赖曼线系表2
实测波长数 入实(Å) | 实测里德伯常 R实×105cm-1 | 电子位置序号 | 电子运动瞬时速度 V实测千米/秒 | 电子轨道半径 10-12米 | |
1 | 1215.66 | 1.096797899 | 5 | 9706.004497 | 2.693123115 |
2 | 1025.83 | 1.096672938 | 1 | 10708.0992 | 2.212396330 |
3 | 972.54 | 1.096784365 | 4 | 9819482309 | 2.631204727 |
4 | 949.76 | 1.096768306 | 2 | 9952.451231 | 2.561328899 |
5 | 937.82 | 1.096768493 | 3 | 9950.913102 | 2.562121215 |
氢光谱帕邢线系表3
实测波长数 入实(Å) | 实测里德伯常 R实×105cm-1 | 电子位置序号 | 电子运动瞬时速度 V实测千米/秒 | 电子轨道半径 10-12米 | |
1 | 18751.1 | 1.0970784595 | 3 | 6947.142015 | 5.258185740 |
2 | 12818.1 | 1.097081471 | 4 | 6911.978019 | 5.311837217 |
3 | 10938.0 | 1.097092704 | 5 | 6777.605847 | 5.524605652 |
4 | 10049.8 | 1.097036757 | 1 | 742.772429 | 4.605740461 |
5 | 9546.2 | 1.097057182 | 2 | 7193.492410 | 4.903487815 |
根据以上实测结果与过去用其它物理测量方法实测的氢原子核间距离的一半32×10-12米进行比较分析,可以断定,根据本发明实测的有关元素原子内电子的运动瞬时速度和轨道半径是完全精确的.这标志着爱因斯坦与玻尔关于对“测不准原理”长期争论的结束,爱因斯坦的决定论观点取得了根本性的胜利.
2、氦离子内电子的运动瞬时速度及轨道半径实测值:本实测结果是利用中华人民共和国国家知识产权局已授权的发明专利——原子内电子运动瞬时速度和轨道半径测量方法及其测量设备测得的结果.发明专利号:ZL00105041.9,发明人:冯劲松.见表4.
表4
实测波长数 入实(Å) | 实测里德伯常 R实×105cm-1 | 电子位置序号 | 电子运动瞬时速度 V实测千米/秒 | 电子轨道半径 10-12米 | |
1 | 6567.20 | 1.096357656 | 11 | 12894.4400 | 3.045107379 |
2 | 5417.80 | 1.096274122 | 10 | 13414.0366 | 2.813555704 |
3 | 4831.50 | 13 | |||
4 | 4546.30 | 1.096411452 | 12 | 12548.4132 | 3.215520410 |
5 | 4353.70 | 1.093760425 | 6 | 24306.3567 | 0.8549442599 |
6 | 4229.50 | 1.089850765 | 2 | 35042.2147 | 0.4098635245 |
7 | 4111.60 | 1.094464442 | 7 | 21813.3631 | 1.062213284 |
8 | 4040.90 | 1.093395198 | 4 | 25503.2681 | 0.7763200784 |
9 | 3983.50 | 1.093399160 | 5 | 25490.5876 | 0.7770954599 |
10 | 3947.80 | 1.090789831 | 3 | 32789.1033 | 0.46852992 |
11 | 3890.40 | 1.096716704 | 14 | 10368.1678 | 4.711354170 |
12 | 3868.90 | 1.094479628 | 8 | 21756.4221 | 1.067795434 |
13 | 3844.30 | 1.094553549 | 9 | 21477.0825 | 1.095826433 |
: | : | : | |||
3686.20 | 1.085128316 | 1 | 44660.1901 | 0.2512437639 |
3氦原子内外层电子的运动瞬时速度及轨道半径实测值:用氦离子相同方法和设备测得的结果,见表5.
光谱位置 序号(n) | 实测波长 入实(Å) | 实测里德伯常数 R实×105cm-1 | 电子位置序号 | 电子运动瞬时速度 V实测千米/秒 | 电子轨道半径×10-14米 |
1 | 7065.2 | 1.019079432 | 10 | 111207.5236 | 3.805392359 |
2 | 6678.1 | 0.889383798 | 1 | 175614.0727 | 1.331759836 |
3 | 5875.6 | 0.907708716 | 2 | 168471.0957 | 1.476899808 |
4 | 5047.7 | 0.987502305 | 8 | 130751.8099 | 2.667460695 |
5 | 5015.7 | 0.949399837 | 4 | 150346.3683 | 1.939628685 |
6 | 4921.9 | 0.936533414 | 3 | 156253.0763 | 1.771419631 |
7 | 4713.1 | 0.954785598 | 5 | 147778.9885 | 2.018997632 |
8 | 4471.5 | 0.988102573 | 9 | 130412.9162 | 2.682972039 |
9 | 4437.5 | 0.981533646 | 7 | 134064.0299 | 2.521947147 |
10 | 4387.9 | 0.981385195 | 6 | 134145.1157 | 2.518518251 |
11 | 4143.8 | 1.029650723 | 12 | 103685.7064 | 4.422903627 |
12 | 4120.8 | 1.027575285 | 11 | 105211.1375 | 4.286921662 |
13 | 4026.2 | 1.045102630 | 13 | 91422.4485 | 5.774422712 |
14 | 3964.7 | 1.055693305 | 14 | 81838.6149 | 7.279081061 |
15 | 3888.6 | 1.071508169 | 15 | 64705.4062 | 11.81869921 |
4、《自然》杂志最近报道,现在卡尔-赫斯和沃尔特-菲力浦提供了有力的证据证明爱因斯坦的怀疑是正确的——在量子理论背后的确有另一套规律在起作用. 在1935年,爱因斯坦与另外两个物理学家一起做了一个“思想实验”,通过这次试验他们发现,根据量子理论可以推导出一种奇怪的长距离作用——对于一个粒子的测量会影响到另外一个粒子,不论它们的距离有多远.由于这一奇怪的现象,爱因斯坦认为有更为基本的理论隐藏于量子力学背后.他提出了“隐藏变量”——那些可以改变量子的不确定性的量,但是这些量是不能被直接测量的.科学家现在发现,如果“隐藏变量”有随时间变化的性质而且相互关联,爱因斯坦的怀疑就是正确的.例如伦敦的钟表和纽约的钟表会同时旋转,并不相互影响,但是它们所显示的时间确实是相互关联的.
1997年,由日内瓦大学NicolasGisin所领导的研究人员证明被扰乱的成对光子,即使经由光纤网路送到相距10公里外村庄中的两组侦测器中,仍会互相影响,他们目前已证明相距如此遥远的光已违反贝尔不等式至少九个标准误差(9σ)?1998年十月,在巴尔的摩所举行的美国光学协会会议中,LosAlamos美国国家实验室的PaulKwiat和他的同事们宣称他们已建立一个混乱光子对的超亮光源;藉着这个装置,在少于三分钟的时间内,他们得到一个违反贝尔不等式242个标准误差(242σ)的结果.同时,由AntonZeilinger所领导的一个因斯布鲁克大学的研究组将侦测器相距400公尺远,且任意转换侦测器的速度快到侦测器间不可能以光速传讯(去掉因位置关系所产生的漏洞),此研究群得到30个标准误差(30σ).【2】
广义上说,量子计量是利用各种量子资源或者量子效应,实现对某些物理量超越经典的精密测量.一方面,阿罗什和瓦恩兰的实验发展了许多单粒子操控和测量的技术,这些技术直接会应用到精密光谱、灵敏检测和分析中.比如,对离子的控制在精密光谱,特别是光频率标准方面取得了巨大成功.霍尔(J.Hall)和亨施(T.W.Hänsch)(二人与格劳伯一起获2005年度诺贝尔物理奖)在这方面做出了卓越的工作.瓦恩兰小组利用冷却的铝离子,得到了世界上最精确(不确定度为8.6×10-18)的钟.另一方面,或许更重要的是,在他们的实验中产生了大量的量子资源,包括量子纠缠态、福克态等,这些量子资源被证明在突破经典极限的测量中具有巨大的潜力.
阿罗什和瓦恩兰两个人都在各自的研究系统中奋斗了数十年.阿罗什用原子来研究光子,而瓦恩兰用光子来研究原子.二者都是在单量子系统上为人们展示了量子世界丰富多彩的一面.他们当然不是在孤立地开展工作,有相当一批人与他们在同时工作.比如在腔QED方面,加州理工学院的金布尔(H.J.Kimble)小组、德国马普所的伦珀(G.Rempe)小组把微波与里德伯原子的耦合发展到光频区,在常温下实现了光子与微光学腔的强耦合,并完成了一系列精彩的实验.离子操控方面也有包括因斯布鲁克大学的布拉特(R.Blatt)小组,哈佛大学的加布里埃尔斯(G.Gabrielse)小组等开展了卓有成效的研究.还有一些人把量子光学的系统和方法推广到其他类似的系统中,在不同能量和时空尺度下发展了量子光学的许多方法和实验技术.
Planck讲:“科学家全部活动的支柱是他们对世界图景的实在性深信不疑.由于这样一种无可怀疑的事实,就很难不担心:如果Mach的思维经济原理真的成为认识论的中心的话……科学的发展就要受到致命的阻碍.”RogerPenrose认为,量子力学中两个基本过程U和R的非一致性(U服从完全决定性的方程,而R为随机的态矢量缩减,只要人们认为进行了一次“观测”,则必须经历这样一个过程).它只有在某种激进的新理论的框架中才能被解决,而这两种过程U和R被认为是对于包容更广的、更精确的单独过程的不同的(而且非常优越的)近似.其改变的性质的强烈暗示必须来自广义相对论.
人择原理可以释义作:“我们看到的宇宙之所以这样,乃是因为我们的存在.”从相对论和量子力学基础上提出的人择原理也是实证哲学观的体现.实证哲学从形而上学出发,但最终导致走向唯心主义的泥坑.从space-time的相对性与绝对性原理可知,波粒二象性、量子力学中两个基本过程U和R的非一致性是绝对space-time与相对space-time共同作用的结果,迄今为止场论还不能为物质的分子结构和量子现象提供解释.
参考文献
【1】爱因斯坦,英费尔德 著.周肇威 译.《物理学的进化》,上海科学技术出版社,1962年.
【2】(W.Titteletal.,Phys.Rev.Lett.81,3563,1998.P..Kwiatetal.G.Weihsetal,Phys.Rev.Lett,inpress).摘自Physics Today 12月号,1998.
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