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董加耕:量子力学诠释的诠释

更新时间:2018-04-17 00:48:20
作者: 董加耕  

  

   量子力学的诠释,主要是指波函数物理意义的解释。目前比较流行的是哥本哈根学派所谓的标准解释,另一个是多宇宙解释。还有一个解释现在已很少有人提及,这就是德布罗意——玻姆的导航波——量子势解释,也即所谓的“隐变量解释”。

  

   我认为,解释必须要遵守有一个原则,这个原则就是,所做出的解释必须是可测量验证的,否则,不可测量验证,就相当于随心所欲的胡说。

  

   标准解释认为,微观粒子在观测之前,由波函数描述,处于一种不确定的状态,或者说,处于各个确定态的叠加态,就像那只薛定谔的猫,在你没有观察它之前,处于一种死与活的叠加态,这种叠加态,或由波函数所描述的状态,其演化遵守薛定谔方程。但这种叠加态你不能观测,你一旦观测,它就立马坍缩为你所看到的那个确定状态,那只死活叠加的猫,就立马坍缩为你所看到的一个明确确定的死猫,或坍缩为你所看到的一个明确确定的活猫,而不再是死活叠加了。这就是观测所引起的波函数的坍缩。

  

   有人说,标准解释只适应于微观微粒,不适应于像猫这样大的宏观物体。但是,如果在薛定谔的推论中找不出任何逻辑问题,那凭什么说标准解释不适应于那只猫?

  

   显然,标准解释中关于粒子观测前状态的描述,那个死活叠加的状态,是不能观测验证的,这明显的违背了前面所说的那个原则。宣称它的状态是一个死活叠加的状态,然后又宣称这个死活叠加的状态不能观测,是不是一个强词夺理的胡说?没有观测,而且根本就不能观测,你凭什么说它就一定处于那个死活叠加的状态,而不是别的什么状态?

  

   爱因斯坦认为,微观粒子即使在观测前,也应该处于唯一的一个明确确定的状态,那只猫,如果它死了,即使没有观测,它也应该是死的。玻尔反驳说,没有观测,你就无权说观测前的猫一定是一个死猫。我认为,玻尔的这句反驳,完全有道理,与前面的那个原则完全一致,但玻尔也应该把这句反驳,用于他自己,没有观测,你也就无权宣称那只猫在观测前就一定处于一个死活叠加状态,而不是别的什么状态。

  

   有人认为,似乎只有标准解释,才能解释清楚双缝干涉。但用一个不能观测的特性,去解释一个可观测的干涉现象,是不是包含有逻辑矛盾?既然无法观测,就不应该有任何可观测的表现,就不应该通过可观测的表现,让人最终认识到它的存在。如果我们可以通过对双缝干涉现象的观测分析,认识到波函数的存在,那这个波函数,就应该是可观测的。

  

   将不可观测的特性,引入到物理学中,会产生一系列奇谈怪论。例如,人的意识也就参与到物质世界自身的事务中来,月亮,只有当你看它时,它才是月亮,你不理会它时,它就处于一种“月亮”与“非月亮”的叠加状态。中科院的一位院士,因此而转为信佛。

  

   又例如,量子纠缠现象,两个纠缠着的粒子之间,会存在一种神秘的相互作用。一个粒子,因为人的观测,由叠加态坍缩为确定态,另一个粒子,即使没有观测,它也会因纠缠而由叠加态自动的同时坍缩为确定态。请问,我们怎么才能知道那个粒子究竟有没有因纠缠而坍缩?你不去观测它,你怎么能知道它究竟有没有因纠缠而坍缩?你一旦观测,你又怎么区分它的坍缩,究竟是因纠缠引起,还是因观测引起?量子纠缠,在标准解释的语言环境下,也是一个无法验证的奇谈怪论。

  

   还有一个惠勒所发现的“推迟现象”,粒子可以在通过双缝后,根据你采取什么手段来观测它,再来决定它在之前的通过双缝时的运动路径,从而再来决定它要不要产生干涉。薛定谔猫现象中,放射源可以根据你观测到的猫的死活状态,再来决定几天前它要不要放射。显然,违反因果律的推迟决定,都发生在你没有观测,也不能观测的时空区间。

  

   多宇宙理论认为,薛定谔的猫,在你没有看它时,处于一种死活叠加态,你一旦去看它,它就变成了你所看到的那个死猫,但这不等于活状态的猫不存在,它仍然存在着,只不过它存在于我们所在宇宙之外的另一个宇宙中。请问,另一个宇宙的存在能不能通过观测来验证?如果能,观测到它,是不是它的一些东西,如光,到达了我们的宇宙中,并与我们的眼睛产生相互作用,此时,它还能是我们宇宙之外的另一个宇宙吗?如果它的存在不能观测验证,说它存在,是不是没有任何依据的随口胡说?如果我们能够观测另一个宇宙,也就能够观测到那个活状态的猫,则这个死活叠加态也就是能够观测的。

  

   把不可观测的特性引入到物理学中,物理学就变成了玄学。

  

   目前的当务之急是给波函数找到一个可以测量验证的解释。

  

   这个解释实际上已经存在,这就是玻姆的量子势或德布罗意的导航波理论。量子势是由波函数所导出的一个物理量,我们就直接讨论德布罗意关于波函数的解释吧。德布罗意认为,波函数所描述的东西,是一个实际存在的波,他把这种波称为导航波。导航波存在于微观粒子周围,并指引着微观粒子的运动,从而使粒子表现出干涉等波的特征来。这样,标准解释所带来的那些稀奇古怪的问题,也就不存在了。

  

   有人认为,通过对贝尔不等式的试验验证,已经证明了包括量子势和导航波在内的所有的隐变量理论与量子的实际行为不相符。且不说量子纠缠实际上是不可验证的,仅讨论贝尔不等式自身,我认为,贝尔不等式的推导过程中存在着概念偷换。在爱因斯坦与玻尔争论的那个量子纠缠现象中,一个粒子分裂成两个粒子,一个自旋为正,另一个自旋就必定为负,在这一点上,两人的意见是完全一致的,因为这是由自旋守恒定律所确定的,这个守恒定律,不论是在经典理论中,还是在量子力学中,都是成立的。也就是说,按经典理论和按量子力学,计算出的两个粒子的自旋状态的关联情况,是完全相同的。爱因斯坦质疑的并不是测量到的两个粒子的自旋状态的关联程度如何,而是当一个粒子的自旋叠加态因外界的测量而坍缩为确定态时,另一个粒子没有测量,它的叠加态也会坍缩为确定态。但是,这个事情到了贝尔那里,却变成了按量子力学计算出的两粒子自旋状态的关联程度,与按经典理论的计算完全不同。这是不是说,守恒定律在量子力学和经典理论中,不能同时成立?这里面是不是有概念偷换?实际上,在贝尔的说明中,如果两个粒子的自旋,均在同一方向测量,则按量子力学和按经典理论计算,其关联程度仍是相同的,但当两粒子自旋的测量方向不同时,按两种理论计算出的关联程度,就会各不相同。但为什么仅是外在的测量方向改变,而不是粒子自身的改变,也不是理论发生了改变,就会导致原来的两理论计算结果完全相同,变成为两理论的计算结果各不相同?

  

   玻姆和德布罗意的观点,没有得到大家的认可,包括没有得到不认同标准解释的爱因斯坦的认可,除了不符合实际上是无法观测的量子纠缠试验外,我想主要还有如下两点原因。

  

   一个原因是,量子势或导航波的传递速度超光速。我认为,超光速不会导致时间反向,不会导致因果关系混乱,可详见我挂在“爱思想”网站“科学哲学”栏目下的一篇文章,题目是《伽利略的脉搏》。在狭义相对论中,有质量的物体速度要达到光速,所需的能量会达到无穷大,而且,实验发现,具有能量的电磁场、引力场的传递速度也没有超光速。但导航波既没有质量,也没有能量,它的传递速度超过光速,应该没有违反狭义相对论。况且,那个所谓的量子纠缠,其纠缠的速度也超光速。

  

   第二点是,导航波中既没有质量,也没有能量,那它究竟是什么?我认为,质量(惯性)、能量,只不过是客观存在物的一种属性,没有这种属性,不等于这种客观存在物就不存在。没有这种属性,不等于就没有其它属性,导航波就具有波的频率、波长等物理量。没有质量能量的客观存在物是不是很神秘?如何检测它的存在?如果它与具有质量能量的客观存在物之间,如导航波与它所联系的电子或光子之间,存在着明确确定的关联(那两个著名的德布罗意关系式),自身的演化遵守明确确定的方程(薛定谔方程),通过对有质量能量的存在物,如电子光子的状态变化的测量,就可确定它的存在,就像我们对电荷受力情况的测量,就可确定电磁场的存在一样,那么,这种没有质量能量的客观存在物,就没有任何神秘之处。

  

   我认为,实际上,在热传递现象中,也存在着一种既没有质量,也没有能量的客观存在物,它决定了热量传递的方向和路径。至少在气体的热传递过程中,这种客观存在物穿过了空间,影响了气体分子之间的碰撞,从而使热量通过气体分子的碰撞从高温区域传递到了低温区域。

  

   导航波或量子势是可测量的,没有隐藏任何东西,但因历史的原因,却被人们称为隐变量理论,这有些不公正。恰恰相反,标准解释中所说的那个波函数,那个叠加态,才是真正隐藏着的东西,它不能观测,一旦观测,波函数或叠加态就会坍缩。多宇宙理论中的那些宇宙,也不能检测它们的存在,否则,就不是我们宇宙之外的其它宇宙了。

  

   不能观测的东西,在物理学中是不能讨论的,这是物理学所必须遵守的一个原则。不能观测验证的观点,与随口胡说差不多。

  

本文责编:川先生
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