《一位老工程师的前沿物理科普贴》
第4节

作者: 浅论物理
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  最令人遗憾的是尽管爱因斯坦在量子力学初创阶段,第一个率先站出来支持并为其发展做出重大贡献;但随后不久,他对量子力学的思想反倒僵化了起来,结果正当许多科学家在他对量子力学的指引下,纷纷投入并取得一系列成果之时,他却从1925年开始,走向了自己的反面,成了量子力学的顽固反对派。从而在量子力学阵营中失去了这一伟大旗手。他不赞同量子力学的最基本的理论——不确定性原理,为此他指出:量子力学在表面上仪表堂堂,但它不是真正的实货,他无法接受用物理含义无法解释的波函数导出的统计波来代替真正的结果。他说:“无论如何,我相信上帝是不会掷骰子的。”但他的观点得不到什么支持,此后他只好独自摸索前进了,以后他也再没有取得什么实际科研成果。在他一生中最后40多年的时间,将自己几乎所有的精力全部投入到对大统一理论的研究中去了;他花费了他的后半生,想寻求引力与电磁力的统一理论,但没有成功。他坚决相信自然界中的一切相互作用都可以统一成一种作用,统一论是科学皇冠上的钻石。

  英国著名物理学家狄拉克1975年8月25日作的《量子力学的发展》的演讲中有这么一段关于爱因斯坦的发人深省的话:“我认为也许是结果最终会证明爱因斯坦是正确的,因为不应认为量子力学的现在形式是最后的形式。关于现在的量子力学存在一些很大的困难……,它是到现在为止人们能够给出的最好的理论,然而不应当认为它能永远地存在下去。我认为很可能在将来的某个时间,我们会得到一个改进了的量子力学,使其回到决定论。从而证明爱因斯坦的观点是正确的。”如果真有一天事实恰恰反过来证明今天人们对爱因斯坦的评论是巅倒了个个,错的变成了对的而对的却又变成了错的,也不是没有可能性的。只是在惊奇之余冷静思考一下,目前正被世人嗤之以鼻不予认同的,爱因斯坦却坚持不懈反对的量子力学不确定性原理就一定对吗?而如今人们赞誉不已的、费解的爱因斯坦的相对论难道真的不会错吗?如果大统一论存在,无疑这两者必定至少有一个是错的!

  1925年量子力学经过长时间的磨难终于诞生了。当时物理界甚至有不少人认为,它的诞生宣告了经典物理大厦的彻底崩溃,或者说已经到了该和牛顿力学说声再见的时候了。就此物理学迈入了一个量子理论的新时代。紫外灾在物理大厦内引起熊熊烈火,依靠旧有的物理知识已无以扑灭。如同纸包不住火一样,火越烧越旺终于冲破大厦的禁锢迎接物理学的新天地。但是如今就断言是经典物理大厦崩溃;还是相对论、量子力学等新的物理科学最终是在给大厦起到添砖加瓦的作用;还为时尚早。最迟到物理学大统一论出现的那一天,一切就不言自明了。

  [9]

日期:2009-10-08 10:41:29

  对“量子力学”的解释的问题,自量子力学诞生以来就一直是物理学争论的中心问题之一,也是当前仍然存在的一个重大问题。而各派的观点与争论也是推动量子力学发展的动力。与研究大尺度宏观宇宙不相容的量子力学,是研究微观世界的一门科学。它不能解释宏观物质世界的物理问题。至今它本身还存在着一定的物理概念含糊不清的情况。因此还很难给予它十分明确的定义。譬如量子到底是粒子还是波尚未确定,因而对量子的解释只能是:“波可能被发射或吸收的不可分割单位。”究竟是波还是粒子只好不得而知了。对量子力学的定义也只能概括成:“一种理论系统,其中粒子不具有准确定义的位置和速度。在许多方面类似于波动,反过来譬如光的波动又类似于粒子”。也可以定义为:“从普朗克量子原理和海森堡不确定性原理发展而来的理论。”虽然还是模糊不清,但也难以抹杀量子力学是20世纪理论物理的最伟大的成就,是对经典物理的革命性突破。将来,能给予量子力学做出确切定义的人应该是个伟大的人物。

  自1900年普朗克提出辐射的量子理论,随后爱因斯坦提出光子理论成功解释了光电效应。物理学开始进入对微观世界的描述,是对经典物理革命性的突破。1924年德布罗意提出波粒二象性是物质的普遍特性。20世纪20年代,以丹麦著名物理学家尼尔斯•玻尔(1885~1962年)为首创建了哥布哈根学派;这是当时称之为正统的量子力学研究中心。他们为量子力学的创立与发展做出了杰出贡献。玻尔本人提出的“互补原理”是该学派的重要理论支柱,它讲述了粒子波动性和粒子性的互相补充。波恩(1882~1970年)提出了量子力学对客观世界的描述只能是统计的,通过概率将粒子与波合理地联系了起来。他在1926年提出了波函数的统计解释,也为此,28年以后他已是一个72岁的古稀老人时与玻特(1891~1957年)共享1954年度诺贝尔物理学奖;而对玻特来说这已是离他辞世前不久几乎快成了迟到的荣誉了。海森堡、泡利及狄拉克等都是这个学派的主要成员。这是当时世界上力量最雄厚的、显赫一时的物理学派。

  “量子力学”是以海森堡(1901~1976年)的“不确定性原理”为理论基础;它是说:“测量准了微粒的位置就测不准它的速度、反之亦然,测准了粒子的速度就不可能同时测出它的准确位置。”
  当时量子力学各学派之间也有着空前的大争论,争论也起着极大的推进作用。量子力学的创始人之一薛定谔(1887~1961年)反对量子力学的哥布哈根解释,他认为物质实在是由波组成的。他发表有著名的薛定谔方程式,成功地与物质波那么地吻合,但是其中有着困扰人们至今的,不能表达真实含义的波函数Ψ。尽管方程本身取得了非凡的成功,但困惑的人们至今还一直在问神秘的波函数Ψ后面到底隐藏着什么?德布罗意则企图用经典力学理论与量子力学联系起来,他将自己的理论称之为“双解理论”。

  [10]

日期:2009-10-08 12:00:06

  著名的猫佯谬理想实验,就是薛定谔在用一只残酷的猫折磨他一向反对的哥本哈根学派,它将量子力学的测量问题更加鲜明地揭示出来。实验中,在关着一只猫的金属盒中,在盖革计数器里放着极小一点辐射物,在一个小时可能有一个原子发生衰变也可能没有,发生的几率各为50%。如果有衰变发生,计数管放电后会导致一个重锤落下来击碎盛有氢氰酸的小瓶子,猫则必被毒死无疑。而如果衰变不发生则什么事也不会有。依据宏观经验,猫不是活的便是死的,两者必居其一。但根据量子力学规则,一个小时后盒内整个系统处于两种状态的叠加态中,那么猫也就处于奇怪的或死或活的叠加态中。很明显,最为成功的物理学理论——量子力学竟然与我们宏观经验相矛盾。实际上猫佯谬折磨的便是最令人头痛的量子力学的测量问题,涉及到量子运动的宏观表现,它的困难在于目前量子力学的规律无法解释宏观世界的存在,从这点上来看它还不是一个完备的理论。

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