量子力学的错误性检验

曾纪晴

对于科学理论的检验问题，本人已经多次发表文章进行过详细论述。在《实验是检验科学理论的唯一标准吗？》一文中，做了概括：“对科学理论的检验，必须通过两关：第一关是理论错误性检验，对理论的概念和内容进行分析，看其是否违背基本事实与基本逻辑，第二关是理论正确性检验，用实验来检验理论，看实验结果是偶符合理论预期。只有通过了第一关的检验，才有资格进行第二关的检验。对于明显违背基本事实与基本逻辑的理论，可以立即判定为错误的理论，根本就没有必要对其进行实验检验。”长期以来，主流物理学界奉行着“实验是检验科学理论的唯一标准”的信条，对物理学的理论只采用实验的办法检验其正确性，忽视了对科学理论的错误性检验。相对论和量子力学被主流物理学界公认为现代物理学的两大支柱，然而，这两大理论都仅仅接受了理论正确性检验（实验验证）却没有接受理论错误性检验（基本事实与基本逻辑检验）。这就给现代物理学埋下了严重的隐患。现代物理学陷入了百年大停滞，现在到了该反思的时候，即便是奉为权威的相对论和量子力学理论，也不能逃避科学理论的错误性检验。本人对狭义相对论做了错误性检验，参见《狭义相对论的错误性检验》。本文将继续对量子力学做错误性检验。

量子力学的理论基础是“波粒二象性假说”和“物质波假说”，在此基础上构建的薛定谔方程是量子力学的核心内容。此外，微观粒子的运动具有不连续性和不确定性的假设也是量子力学理论的重要基础。因此，我们对量子力学的错误性检验，主要是检验“波粒二象性假说”和“物质波假说”以及“微观粒子的运动具有不连续性和不确定性的假设”是否违背基本事实与基本逻辑。

一、“波粒二象性假说”和“物质波假说”违背基本事实与基本逻辑

“波粒二象性”是爱因斯坦最早提出来的概念，他认为光量子（后来被称为光子）具有粒子性，而光量子本身也是电磁辐射（电磁波）。他认为光的粒子性表现在光与电子的相互作用存在瞬时性的特征，光与电子的相互作用就像粒子与电子发生碰撞一样。他用这个观点解释了光电效应。光量子的概念来源于普朗克的能量子概念，指的是最小的一份能量，当时指的是黑体辐射中的能量吸收和辐射是以能量子的整数倍进行的，说明能量吸收和辐射是不连续的。爱因斯坦借用了普朗克的能量子概念，认为光与电子的相互作用过程中，能量的吸收与辐射能使以能量的整数倍进行的，而最小的那份能量就是一个光量子。那么，光与电子相互作用时，就好比一个个的光量子与电子发生瞬间弹性碰撞。因此，一个光量子就可以看作是一个粒子。这就是爱因斯坦提出光的“波粒二象性”的所谓科学依据。

根据上述介绍，我们可以清楚地看到，光量子不过是普朗克的能量子概念，而人们对能量子概念的认识并不清楚。也就是说，光量子和能量子概念是一种理论假设性的概念，并非实际存在的物质实体的概念。

在我们对相对论做了错误性检验的基础上，我们就已经明确，所谓质量等同于能量的说法是错误的。那么，无论光量子还是能量子，它们都是传递的能量，而光本质上就是电磁波，光量子传递的就是一份电磁能。显然，这份电磁能是因为电磁波的运动变化才具有的，它不是物质粒子所携带的。电磁波所携带的能量是特殊的电磁能，它不同于具有质量的实物粒子所携带的机械能。这个是基本的物理事实。以前人们之所以认为电磁波也具有质量，就是因为受到了相对论质能方程的影响，认为有能量就相当于有质量，进而以讹传讹，认为光（光量子、光子）具有质量。可见，这是在错误的理论指导下导致的错误认识。显然，电磁波不具有质量，所谓的光量子（光子）不是具有质量的实物粒子，这是基本的物理事实。

光的“波粒二象性”的说法，作为一个比喻，把光与电子的相互作用的“瞬时性”类比为粒子之间相互碰撞的“粒子性”，是完全没问题的。然而，在主流物理学界，光的“波粒二象性”已经完全不是一个语言学上的类比说法，而是在物理学上认为光就是一种粒子。这就违背了基本物理事实。

实物粒子都是具有质量的，这是一个基本事实。光不具有质量，因此它不是实物粒子。于是，人们就把光子当做是一种特殊的、不带质量的粒子。然而，实际上物理学实验中从未观测到不带质量的粒子。不能因为要把光子称为粒子，特意把它称为不带质量的粒子，因为这违反了基本概念的一致性，也就违反了基本逻辑。

事实上，波和粒子是两个完全不同的物理现象。像声波、水波等机械波，本质上是实物粒子（分子、原子）的机械振动传递机械能的现象。电磁波则是电磁场的振荡变化传递电磁能的现象。可见，波是物质或场的振荡传递能量的一种现象。显然，波是一种物质或场的运动方式，是一种动态的物理现象。而所谓的粒子，指的是物质的组成和属性，是一种静态的物理属性概念。我们所知的粒子，包括宏观的物质颗粒、微观的分子、原子、质子、中子以及电子等基本粒子，都具有质量。因此，粒子的基本属性就是内在的质量。当我们讲粒子时，指的就是具有质量的实物粒子。显然，波和粒子是两个完全不同的物理概念。

德布罗意的“物质波假说”，最早提出的时候其实叫“相位波假说”，是一种假想的伴随粒子运动的“数学意义上的波”。他借用爱因斯坦的光的“波粒二象性”说法用于微观粒子的运动，认为微观粒子也具有“波粒二象性”，起初也是像爱因斯坦一样，仅仅只是一种比喻性的说法，因为粒子的实际运动不可能是以波的形式运动的。但是，“波粒二象性”的比喻性说法实在是太直观、太形象了，以至于人们忘记了这只是一个比喻，而将其视为客观真实的描述。德布罗意本人尽管开始总是强调其“相位波”只是假想的、非物质的波（不是物理意义上的波），但后来也稀里糊涂地预言，这个所谓的“相位波”可以用电子的衍射或干涉实验来验证。后来，汤姆孙以及戴维孙和革末等人的实验，发现了电子束散射实验小狐仙明暗相间的条纹，物理学界就迫不及待地认为德布罗意提出的微观粒子的“波粒二象性”假说得到了实验验证，于是被认为是正确的理论（而实际上，这哥解释是错误的，参见《粒子流的类衍射与类干涉机制研究》）。之后，薛定谔据此构建了描述微观粒子运动的波动方程——薛定谔方程，讲德布罗意的假想的、非物质的波——“相位波”改名为“物质波”。从此，主流物理学界把德布罗意的“物质波假说”当做是光的“波粒二象性”的推广，认为任何微观粒子都具有“波粒二象性”。在主流物理学界，“波粒二象性”的含义就是“既是粒子又是波”或“既是波又是粒子”。把波和粒子的概念混为一谈，就像把马和鹿、把老鼠和鸭子混为一谈一样，指鹿为马、指鼠为鸭，既违背基本事实，又违背基本逻辑，自相矛盾。

科学的底线就是不能违背基本事实与基本逻辑，这是基本的科学原则。任何理论，只要违背了基本事实与基本逻辑，就是违背了科学原则，它就必然是错误的，这就是科学理论错误性检验的依据。“波粒二象性假说”和“物质波假说”是量子力学的理论基础，它们都违背了波和粒子是不同物理现象的基本事实，违背了概念同一性的基本逻辑，因此，量子力学的理论基础是错误的。

二、量子力学的微观粒子运动不连续性和不确定性假设违背了基本事实与基本逻辑

在量子力学的早期发展中，马克斯·普朗克在研究黑体辐射问题时，提出了一个假设：能量在发射和吸收时不是连续变化的，而是存在一个最小的能量单元，即“量子”（后来被称为“能量子”）。后来，玻尔提出氢原子结构模型，提出了一个电子跃迁假设：电子从一个定态跃迁到另一个定态是瞬间发生的，电子的运动是不连续的、跳跃式的。海森堡曾研究测量电子的位置和运动状态的情形，认为如果用光照射电子将会影响电子的运动，导致无法同时准确测量电子的位置和动量，这一情形被概括为“测不准原理”。后来，量子物理学家们将其改为“不确定性原理”，认为微观粒子的所谓“测不准”并非测量技术造成的，而是微观粒子本身具有不确定性的本性。于是，结合量子力学波函数的几率解释，人们提出了描述原子中电子运动的“电子云模型”，认为电子在原子中的运动没有确定的轨道，凸显了电子运动的不连续性和不确定性。

量子力学的微观粒子运动具有不连续性和不确定性的假设已经成为量子力学区别于经典物理学的典型特征。这些假设与经典物理学原理相违背，遭受到许多物理学家的批评和质疑。然而，量子物理学家宣称，量子力学的主要适用范围是微观领域，而经典物理学的主要适用范围是宏观领域，两者在各自的使用范围内都是正确的，不能用经典物理学的原理来要求量子力学。于是，经典物理学的知识、原理和逻辑思维，包括一些常识与直觉理性，都被统统排除在量子力学之外，量子力学成了一个独立于经典世界的独立王国。玻尔曾提出过所谓的互补原理和对应原理，本质上就是对经典物理学采取实用主义或双标的态度，对于与量子力学不矛盾的内容采取接纳和利用的态度，对于与量子力学相矛盾的内容，则采取排斥的态度，认为经典物理学不适用于量子力学，量子力学有不同于经典物理学的独特规律。

在经典物理学的牛顿力学理论中，无论是宇宙空间的天体，还是日常所见的物体，抑或是肉眼不可见的物质粒子，甚至是组成万物的基本粒子，它们都是有质量的物体，都可以抽象为没有大小体积但具有质量的“质点”进行研究。可见，牛顿力学的研究对象本质上是质点的运动。微观世界的基本粒子被认为是没有大小和形状但有质量的物质实体，它比任何宏观物体都更加近似于作为理想物理模型的“质点”。显然，适用于宏观物体运动的经典物理学理论也完全适用于基本粒子的运动。量子力学基于微观粒子运动规律与宏观物体运动规律的显著差异，提出经典物理学中关于物体运动连续性和确定性的观念在微观尺度下不再适用。然而，这一论断忽略了经典物理学研究对象的本质——尽管其表面聚焦于宏观物体的运动，但其核心在于通过质点模型这一抽象概念来探讨物体的运动规律。质点模型作为经典物理学中的基本工具，其有效性并不受限于物体的宏观或微观属性，而是基于物体在特定研究条件下形状和大小可忽略不计的假设。

事实上，只要研究对象相同，科学理论的基本概念就必须相同，只有这样才能保证逻辑的一致性。因此，不论在经典物理学中还是所谓的量子力学中，只要研究对象相同，那么它们就应该遵循同样的基本概念与基本逻辑。比如，如果研究对象是电子的运动，那么无论是经典物理学理论还是量子力学理论都应该遵循同样的有关电子运动的概念，同样都要遵循业已证实的有关电子运动的物理现象和规律——即基本事实。这些基本事实就是，电子的运动符合电磁学规律和牛顿力学规律，具有确定的物理作用，具有确定的运动轨迹。电子在空间中运动的位置变化可用数学加以精确描述：它在数学坐标上是随时间t变化的函数f(t)，在确定的某个时刻具有确定的值。在数学上，电子的运动轨迹可以被描述为数学坐标上的曲线，完全符合数学的基本概念和逻辑，即具有连续性和确定性。显然，量子力学提出的微观粒子的运动具有不连续性和不确定性的假设（观点），违背了基本事实与基本逻辑，因而是错误的。

综上所述，量子力学理论赖以建议的基础“波粒二象性假说”和“物质波假说”以及“微观粒子的运动具有不连续性和不确定性的假设”都违背了基本事实与基本逻辑，因此量子力学理论的错误性得到了检验。