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再问量子力学的不完备性--On the Incompleteness of Quantum Mechanics

已有 1061 次阅读 2021-12-12 09:59 |系统分类:论文交流

再问量子力学的不完备性

On the Incompleteness of Quantum Mechanics

Zhen-hua Mei


光是如何产生的?量子力学说,我知道。

1900~1929年间发展建立起来的量子力学理论描述了微观粒子特别是核外电子的运动,从微观的原子、分子层面很好地解释了物质结构和世间万物的理化性质,成为现代两大重要物理理论之一。量子力学取得的巨大成就功高至伟,毋容置疑。

量子力学给我们带来了在微观世界居多的不同特征,如波粒二象性、量子化的不连续性以及测不准关系之不确定性等,颠覆了人们许多在宏观方面的认知和世界观,达成这样的颠覆注定了量子力学发展不会一帆风顺、历程不免会遭受质疑、冷遇、争议等一波三折色彩。哥本哈根诠释在量子力学发展中起到了重要的中流砥柱作用,量子力学的发展与哥本哈根学派的呵护与坚持密不可分,可以说没有哥本哈根学派的执着就没有量子力学,也因为如此同时也导致了哥本哈根学派对量子力学产生的偏好,在哥本哈根学派眼里,量子力学是完美的,是无边际限制的无限正确的理论。

哥本哈根学派先辈们对量子力学的这份情感是可以理解的,但量子力学创立时至今日已近百年,当今我们应该摒弃情感色彩理性地看待量子力学,不能盲目地继承为新生代的哥本哈根,不能被量子力学的巨大成功冲昏头脑而成为顽固的高傲的新生代哥本哈根!

爱因斯坦作为量子力学创始奠基人,一度在质疑量子力学的不确定性原理的绝对正确性,相信“上帝不会掷骰子”,为了说明量子力学存在不完备性,提出了著名的“EPR”思想实验,不曾想哥本哈根学派原封不动地利用EPR思想实验,将锋芒反转直指相对论,固守量子力学绝对正确完备观念,不肖一顾地突破光速不变的合理性,进而得出“量子纠缠”为超光速的超距作用的结论,使相对论陷入孤立无援的境地。即便是现在,新生代的哥本哈根们还在乐此不疲地宣传和倡导所谓量子纠缠的超距作用,似有主导科学神坛之势,对此业内学者要高度警惕保持清醒。

如果说EPR实验采取的非此即彼的方式进行质疑没有足够说服力的话,那么作者在这里将从对方理论需要满足自洽性角度再提出质疑。

量子力学的发展始于对光的研究,用状态能级跳跃量子力学成功地解释了原子和分子光谱。要知道光子除了携带一定能量之外还具有方向上的偏振特征,波函数状态的跳跃解释了光子的能量,我们期待其偏振特征也应在该理论中得到解释,然而却没有。由此难道我们不能弱弱地质问量子力学的完备性吗?

其二,波函数的正、负在波函数叠加形成化学键中起着重要作用,然而对于其有正、负取值却未能给出有意义的解释,可否也让人再质疑量子力学之完备性?

笔者以为,学界应该有个正确面对。要正面地承认量子力学存在不完备性。承认这一点丝毫不影响量子力学之伟大正确,不影响量子力学的威信。量子力学是好的波的统计的描述方法,从量子力学的角度你可以认为没有实时描述的必要或可能,但你否认不了自身存在的局限性和不完备性,不确定性的存在不能成为其理由。如果实时描述如此不堪的话,那么波尔原子模型也就不会在量子力学中存有一席之地。再者,对微观的不确定性概念的理解多半是被夸大、泛化了的。严格来讲,不确定性原理的现代数学表达式实际上是揭示了或规定了其可精准测量或描述可能达到极限程度,由于普朗克常数极小使得该极限程度仅在10-35次方数量级,如若大致平摊在两个不确定度物理量上(如动量和位置),那么各自多则也都在10-17次方数量级。依据测不准关系式,你可以说“微观粒子不可以同时具有准确的位置和动量”,或者“微观粒子的位置和动量不能同时被准确测量或描述”,或者“微观粒子当准确测量或描述其位置时动量将变得不准确,而当准确测量或描述动量时位置将变得不准”这样极具刺激的惊人之语。没错,我也认同可以这样说。但根据测不准关系式,是否也允许这样表达:微观粒子的如位置和动量可以同时被不准确地测量或描述。显然这样说不违规的,并且不用担心质疑这里的不准确测量的意义,因为不准确性可以在关系式所限制的范围之内,如10-17次方。基于原子半径在10-11次方米数量级范围,电子在原子中的存在的位置的测量或描述的误差或不确定性就是达到10-14次方米数量级(即1/1000的相对误差)也算是很精准的了,更何况还可允许达到10-17次方米数量级的误差精度。了解数据的误差分析和有效数字的都知道,绝对准确的精准要求没有意义,更何况微观粒子虽小比如电子,但也不能是个数学上的质点,都有一定尺寸大小。电子的半径就在10-15次方米数量级,对其位置的确定描述要求误差小于该数量级那就失去了整体上对其把握的意义,所描述的就不是所要描述的对象本身,而是其局部的内在的矛盾性。

在实用主义盛行的当下,料想本文标题下此番话题的讨论很难引起人们的关注,都是陈年旧事了,谁是谁非都变得淡漠了不重要了,持有这种态度观点的人定不在少数。起初我趋同,也深以为然,但看到近些年间通过借助、夸大或滥用量子力学或相对论的个别观点或结论,许多牛鬼蛇神堂而皇之的占领科学殿堂,大肆鼓吹异端邪说,它们伪装的甚至比科学还要科学,混淆视听,具有很大的迷惑性。什么离开物质意识独立存在的灵魂说、超距作用的心灵感应说、上帝造物的神教说、命运轮回注定说以及平行宇宙等等。现在是唯心主义抬头,唯物反倒变得不合时宜了,真实怪哉!鉴此情景,笔者奋笔写下该篇檄文短评,与同仁们商榷共勉。

在此郑重辨析理清量子力学的不完备性,还有个重要原因使笔者不安的是对量子力学个别结论的偏激理解和滥用正在影响和妨碍新物理学的发展!

量子力学完备吗.pdf






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1 朱林

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