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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量子力学曲率解释、量子伴生空间与规范场(10)

已有 4231 次阅读 2011-3-30 11:31 |个人分类:物理学哲学|系统分类:科研笔记| office, 空间

2、量子测量的物理本质

量子力学曲率解释中有一个量子测量公设:量子测量是一个变非连续作用为连续作用;变纯态为混合态、量子曲率为经典概率,消去相干性;变虚粒子、实体波为实粒子、虚波;从量子伴生空间”到“外部物理空间”类似“相变”的转化过程。

说明1、量子力学中E2E1hν,本征态之间的突变性,其物理本质是构建同频独立相干波源。每个本征态即构成相干子波,而能级间的量子跃迁,放出固定同频率的能量子,为子波间产生固定周相差提供条件。独立的子波波源加上子波间固定周相差条件,是形成波的干涉的基本条件。

原子内部能级跃迁,动量量子化,体现了非连续作用本质,数学上用求和,通过ΨΨ1 归一化,这是量子力学的本质特征之一。

说明2、消除能级跃迁的非连续性,实际上就是消除独立子波波源和子波之间产生固定周相差的条件,它类似于波尔的改变任意相角。因而也就能消除纯态物质波的相干性。由非连续作用向连续作用的过渡,并不一定要无限分割量子,从整体角度看,增加能级跃迁的混乱程度也可以办到。这是一个增加量子熵的过程,也是纯态向混合态过渡的过程。在纯态和混合态中,我们建构的微观量子客体的“构形”( R≠∞)都不能忽略,粒子是虚的,波是实的,描述在量子伴生空间”。混合态对应连续作用,动量不能量子化(如原子外的自由电子),与宏观波动形态的连续作用可以类比。但宏观波动是质点振动形式在媒质中的传播。粒子是实的,波是虚的。这是量子力学混合态与经典宏观波动形态的本质区别。能级间相互作用连续变化,体现了连续作用的本质,数学上用积分求和,用δ函数归一化,它与求和物理上有质的区别。这是量子力学的又一重要特征。

原则上,应能将连续作用再转变为非连续作用。对于被测系统,在“弱介入”的条件下,消去“弱介入”,混合态再退回纯态的可能性是存在的,但这不包含“强介入”(彻底破坏整齐量子跃迁机制)条件下的被测系统及自动退相干的宏观客体(仪器等)。后者涉及量子伴生空间”描述到外部物理空间描述及反转转换条件的制备。

说明3、即使按冯.诺依曼假设,宏观客体也可以写成纯量子态形式,但由于宏观客体可以在极短的时间内自动退相干,因此,在具体量子测量中,与被测系统偶合的宏观仪器,不可能有纯量子态形式存在。宏观仪器与被测系统偶合,仪器只能是经典态,至多也只能是混合态,仪器给被测系统提供的只是一个连续作用形式,并变被测系统由非连续作用到连续作用,使被测系统整体由纯态转变为相互作用连续变化的混合态,并最终以经典态的点粒子概率分布呈现。退相干过程中,量子纠缠是被测系统前后状态自身的纠缠,即体现系统自身纯态向混合态的转化。本征态之间的突变性是在自纠缠中同时消失的,不存在突然的向某一能级的波包坍缩。量子测量过程中,是量子伴生空间”中的曲率波向外部物理空间离散粒子的全域同步转换,造成了EPR思想实验中的非定域作用假象。量子力学中定域与非定域,在同一空间中同时共存的矛盾消解了。

说明4、被测系统的混合态包含有纯态的各种成份。仪器所显示的是混合态中包含的纯态成份,而且这种显示是随机的。仪器只是做了谱分析工作。仪器测量的是纯态→混合态的被测系统,最终显示的是经典态的值。数学上体现为方程连续解待定系数的非连续取值(量子化条件)所对应的物理意义。

说明5、一般人们理解的宏观客体的内部态,应是冯. 诺依曼假设的纯量子态,而集体态则应是混合态。宏观客体自动退相干操作,是纯量子态通过连续作用的介入,在自纠缠中向混合态的转化。冯. 诺依曼假设的宏观客体纯量子态,只有在这一层面上才有它的实际意义。

量子纠缠中,纯态混合态演变的数学表述:以微观量子客体为例。若AB是微观量子客体在非连续作用体系内所具有的纯态二能级分支,而ΨAΨB是测量中由于连续作用的介入,微观量子客体由纯态向混合态演化对应的混合态,在无限维连续变化正交基坐标架标记中,则有

Ψ2=︱ΨA?︱A>+ΨB?︱B>︱2

               =︱ΨA2+︱ΨB2    

相干性消失。上述数学操作是必然成立的,任意两个不正交的纯态矢量,在无限维连续演变的正交基坐标系中总是有机会分别与某一坐标轴重合的。

可见退相干是微观客体在自纠緾中自动退相干的产物。?(代用,无类似字符)体现仪器对被测系统的连续作用。

量子测量经历了从纯态(构形不能忽略R≠∞,虚粒子、实体波,有相干性)到混合态(构形不能忽略R≠∞,虚粒子、实体波,没有相干性),再到经典态(构形被忽略R=∞,实粒子、虚波─经典波动形态)前述两类空间多级全域同步转换过程。问物质怎么会是量子曲率(R≠∞)与问物质怎么会是点粒子(R=∞)意义等同。

3量子测量的数学程式表达

平面波用δ函数归一化,就明显带有量子伴生空间转化为外部物理空间质点描述的力学特征。xx0PP0δ=0x=x0P=P0δ=1;归一化波函数δ(xx0)中,除x=x0点之外,其余分量均为0。这正是质点所在处与非质点所在处的绝好说明[6]。δ函数归一化实际上类似一种量子测量,是平面波量子测量的一种数学程式表达。它将量子力学量子伴生空间中的实体平面波转换成外部物理空间中宏观质点的概率分布来处理。

其实仔细分析,量子力学中通过S矩阵变换,让算符矩阵对角化(实际上是数学上的坐标变换),消去相干项(非对角项),算符由反对易变得对易,退相干理论中的去相干项操作,场的量子化操作等等,这些都深刻隐含两种空间、两种模型的转换,是量子测量的一种数学程式表达[1]。它们与δ函数归一化一起,将非点粒子(R) 实波描述,转化为点粒子(R=) 质点概率分布描述,共同完成空间转换及纯态向混合态、经典态的转化。

量子伴生空间是量子力学自身的固有空间,必须从原来的物理空间分离出来。量子测量的物理本质是实现两个空间的转换。

 

参考文献   

[1] 赵国求,鲍得海,相对论时空、“量子伴生空间”、物质波及规范变换(j),第一届国际结构实在论与量子力学哲学学术讨论会,2009中国·武汉.

[2] 王正行,简明量子场论(M),北京:北京大学出版社2008:1-3

[3] 洪定国,物理实在论(M),北京:商务印书馆2001241-253.

[4] 赵国求,从相互作用实在到量子力学曲率解释M),武汉:武汉出版社,2008:108-109.

[5] M·雅默,量子力学的哲学(M),北京:商务印书馆,198634-44.

[6] [7]赵国求,从相互作用实在到量子力学曲率解释M),武汉:武汉出版社,2008:217-218.

 

基金资助:2005--2010年武钢科研基金资助课题《量子力学基础研究》:2005-2010 B1212007年国家教育部青年基金资助课题《量子力学解释与科学实在论》:07JC720016(上海交大申报立项)。

作者简介:赵国求,男,1944年生,华中科技大学—WISCO联合实验室研究员,北京师范大学、华南理工大学相关学院兼职教授,湖北省自然辩证法研究会常务理事、物理学哲学专业委员会主任,长期从事物理学哲学、思维科学及中医基础理论现代科学基础研究。

 

致谢:

参与相互作用实论与量子力学曲率解释讨论的专家、学者长期给予了有力的支持与帮助,在此一并致谢。

 

 



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