博文
量子现象探讨之一
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吴国林
本部分探讨对量子现象学的历史认识.
3、量子现象的概念及其比较
在物理学中，物理现象是指客观事物（如物质、能量或时空）所表现出来的外部形象，是观察得到的初步形象。在同样的物理外界条件下，物理现象具体可重复性。物理现象可以分为宏观物理现象和微观物理现象。量子现象是一类基本的微观物理现象。
1900年普朗克发现能量子概念和1905年爱因斯坦提出的光量子假说，意味着能量可能具有不连续性，对认识量子现象具有重要意义。量子现象的早期研究特别关注原子的结构。 J. J. 汤姆孙在剑桥卡文迪什实验室研究了所称的“阴极射线”在磁场和电场中的偏转，并于 1897 年得出结论：这些 “射线”是物质粒子，存在着比原子更小的粒子，原子是由许多部分组成的。开尔芬勋爵早就提出过“涡漩原子”概念。
在1901年，为适应新的观察事实，他又提出了一种新的原子模型：物质原子是由带正电的均匀球体组成的，整个物质原子里面负电是按分立电子的形式分布的。 在开尔芬的原子模型的基础上，汤姆孙1904年假定，原子是一个带正电的球，电子在这球内到处运动着。 卢瑟福发现，开尔芬和汤姆孙的原子模型不适用于解释α粒子通过不同种类的物质（例如通过金箔）时的散射量。到1911年卢瑟福提出了新的原子模型：正电荷集中在原子核的中心，这个原子核被电子围绕，电子的分布是使原子电中性的，原子的大部分质量是在正电荷上。这就是原子的行星模型。显然这是一个经典力学式的原子模型。
卢瑟福的有核原子模型，虽然圆满地解释了α散射实验，但是却遇到了不稳定性的困难。但是，玻尔认为，所谓卢瑟福模型的不稳定性问题是由经典理论的解释造成的，而不是模型本身的问题。
1912年，玻尔已认识到普朗克常数具有非常重要的意义，它是产生非经典物理原理的关键。在卢瑟福的原子模型的启发下，玻尔开始尝试构建原子的量子理论，他提出了一个动态的原子结构轮廓，指出经典物理规律不能完全适用于原子内部，必须遵循原子系统特有的量子规律。1912年的6月，玻尔提出了定态概念，处于定态的原子系统不辐射能量。 1913年，玻尔接受了卢瑟福的原子有核模型，并在普朗克、爱因斯坦理论的基础上提出了量子态的崭新概念，把光谱、光量子说和原子有核模型有机结合在一起解释了原来不能解释的氢原子光谱规律。从玻尔1913年发表它的原子理论到1925年（这一年海森堡提出了量子力学的基本方程），他持续地用他的原子概念来说明所有实验上的化学原子的观察性质。玻尔不仅从科学上思考和解决原子理论，而且从认识论和方法论进行解决。
在量子力学的早期，量子现象以原子结构为核心的，认识到了微观事物具有分立性或量子性，微观世界具有分立性或不连续性，进而开始认识到现象与观察之间是相互结合的。玻尔所理解的量子现象，就是指微观个体（如光子、氢原子等），该个体可以由受到量子规则的限制的经典力学来描述。把测量理解为现象与测量仪器的相互作用过程，显然这样一种认识是经典物理测量的简单对应。
1927年，玻尔在科莫论文中，已开始认识到量子现象不同于经典物理的现象：“量子公设意味着原子现象的任何观察将包括与不可忽略的观察方式的相互作用。因此，在通常意义上，独立的实在既不能归结于现象，也不能归结为观察方式。”
1929年，对于量子力学中的测量，玻尔说：“事实上，作为量子的不可分性就要求着，当利用经典观念来注释一个别的测量结果时，在我们关于客体和观察工具之间的相互作用的说明中，必须允许有一个大小的活动范围。这就意味着，随后的一次测量，将在一定程度上使得前一次测量所提供的信息失去其预言现象之将来进程的意义。显然，这些事实上不但会对可由测量获得的信息的范围有所限制、而且也会对我们所能赋予这些信息的意义上有所限制。在这里，我们遇到一条新形式下的老真理：在我们关于自然的描述中，目的不在于揭露现象的实在要素（real essence），而在于尽可能地在我们经验的种种方面之间追寻出一些关系。” 这意味着我们应当将关注量子现象的关系而不是其实在的要素或本质。
1935年，玻尔受到爱因斯坦、波多尔斯基和罗森的EPR论文的挑战，更加注意量子现象及其互补原理。玻尔早在1927年科莫论文中就提出了波动概念与粒子概念的互补性、时空描述和因果要求之间的互补性。福尔斯(J. Folse)把玻尔1927年在科莫论文提出的“现象”称之为现象性客体（phenomenal object），该客体的性质由观察来决定。显然，这里的“现象”是与观察仪器相互作用所产生的东西，也明确表现在玻尔1929年出版的《原子论与自然的描述》一书的“序言”中。 在1935年回答EPR论证的论文中，玻尔提出了位置与动量的互补性物理性质。1937年，他认为，一个现象有两个互补的方面，它们被粒子图景和波动图景所描述。 由实验所揭示的量子现象的互补特征，获得了相互的排斥性条件，这意味着，在不同的观察相互作用下，相同现象可能呈现出不同特征。
不难发现，到1937年，玻尔所认识的量子现象还是指“这显现之中显现着的东西”或海德格尔的“存在者的存在”，还没有认识到显现活动及其存在者的存在之演化。
自1939年之后，玻尔改变了“现象”一词的用法，“现象”是指整体的观察的相互作用。 玻尔认为：“保留‘现象’这一单词，作为在给定实验条件下的观察效应的综合，这一定义更适合量子力学符号表征的结构和解释，以及更符合认识论原则。” 玻尔说：“这些条件，包括说明所有必要的相关测量仪器的性质和规定，事实上构成了定义概念的唯一基础，现象通过这一概念被描述。” 这表明，量子现象的描述必须说明其相关测量仪器的性质，否则，无法描述量子实验这一活动本身所呈现出来的量子现象。玻尔说：“不同量子现象之间的明显的差异，其描述包括了不同的经典概念，如时空坐标或动量和能量守恒，事实上，它的直截了当的解释是，在于呈现那种现象的不同实验安排的相互排他性特征。”
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