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这是我跟一位老师请教的问题:
快过年了,我试着把量子力学和广义相对论的关系梳理一下,但都是一些直观的想法,也可能没什么价值,仅供您参考。
我先来讲讲量子力学测不准关系的物理根源,为什么微观粒子测量本质上是不确定性的,只能用概率来描述?譬如,原子受到激发而辐射出光子v,量子力学对这个光子的描述就是所谓的波函数,是测不准的,只能给出概率分布。请注意,这里人们忽视了一个重要的事实,辐射出来的光子v和原子内的电子e,其实是一对共轭变量(v,e),在测量时,人们只观察到光子的行为,而无法同时观察到原子内的电子行为。所以,符合逻辑的推论就是:光子的波函数,即光子行为的不确定性,其实是由不能同时观测到共轭变量(v,e)而造成的。要是我们能同时观察到光子和电子的行为,那么就不存在这种测不准关系了。但这是不可能的,因为我们无法造出一种仪器,能同时观察到原子内和原子外的粒子行为。也就是说,原子内和原子外,是不属于同一层次的物理系统,两者不可能做到同时观测。这样,我们就把量子力学诠释完全讲清楚了,用不着“量子纠缠”这种令人费解的假设。
然后,系统(原子)内外观测的不对称性,这种观念可以延伸到广义相对论上。我做了一个大胆的外推:这种不对称性,不仅对微观系统适用,也对宏观系统适用。广义相对论的预言是:我们在地球上观测时,光线经过太阳附近时会发生偏折。地球是在太阳系之内的,我们可以想象把太阳系缩小,地球就是一个“电子”,太阳就是“原子核”,这就相当于“钻进”了原子内部,我们观察光子的行为就是用广义相对论方程来描述的,这个方程是决定论的,跟薛定谔方程的概率性完全不同。作为外推,我们可以设想:如果我们飞到太阳系外去观察时,广义相对论就失效了,此时就需要用薛定谔方程来描述了。我转发的那篇文章说明了这种情况是存在的。简单来说,广义相对论是系统内的描述方程,而量子力学是系统外的描述方程。
如果上述猜想成立,我们就需要找到两者之间的数学转换关系或模型。现在物理学上的重整化可能是一种方法。或许我们还要深入探讨,才能找到两者之间的联系。或许,数学家早就解决了这个问题,只是还需要物理学家来重新发现。系统内、系统外是非常不同的。我讲讲集合论上的一个结论,可能对您会有所启发。集合论上有一个斯克伦定理,简单说,它是如下涵义:譬如,像实数R这样一个不可数集,我们给出它的一个描述模型,那么,在模型外,R不可数,而在模型内,R可数。这没什么奇怪,说得再简单点,模型外是指用反证法,而模型内,是指用数学归纳法。但这也说明,模型(系统)内、模型(系统)外,确实是很不一样的。
先简单写到这里。不知有没有道理?要是有兴趣,我们还可以继续讨论。
吕陈君
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GMT+8, 2024-9-27 06:32
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