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      量子力學(xué)漫談(2)—量子力學(xué)為什么會(huì)新概念層出不窮現(xiàn)象?

       sijin2013 2019-01-11

      司 今(jiewaimuyu@126.com)


      量子力學(xué)漫談(2)—量子力學(xué)為什么會(huì)新概念層出不窮現(xiàn)象?

      量子力學(xué)無(wú)疑是20世紀(jì)最成功的力學(xué),但其成功背后也埋下了諸多物理學(xué)隱患,如傳統(tǒng)世界的因果論已不存在,物理規(guī)律確定性的喪失,物理機(jī)制與模型的模糊、物理數(shù)學(xué)化日趨嚴(yán)重、物理新概念層出不窮等問(wèn)題,這些都嚴(yán)重違背了人們以往對(duì)物質(zhì)世界認(rèn)識(shí)的常理。

      量子力學(xué)漫談(2)—量子力學(xué)為什么會(huì)新概念層出不窮現(xiàn)象?

      難怪量子鼻祖玻爾曾說(shuō),“所有不為量子力學(xué)感到困惑的人,都是沒(méi)有真正理解它” 。

      量子力學(xué)發(fā)展也存在一種“滯后”現(xiàn)象,即一種新粒子實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象出現(xiàn)時(shí),量子力學(xué)往往可能無(wú)法解釋,但它通過(guò)補(bǔ)充一些“新概念”又可以解釋這一現(xiàn)象了;也就是說(shuō),量子力學(xué)像是一門“馬后炮”學(xué)科!

      量子力學(xué)漫談(2)—量子力學(xué)為什么會(huì)新概念層出不窮現(xiàn)象?

      不過(guò),量子力學(xué)始終抓住了基本粒子“自旋與自旋磁矩性”這一微觀粒子本質(zhì)問(wèn)題,總會(huì)使量子力學(xué)理論在新實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證與解釋中“屢試不爽”,因?yàn)槲⒂^粒子客觀上就是自旋與自旋磁場(chǎng)并存的“非經(jīng)典粒子”。

      量子力學(xué)漫談(2)—量子力學(xué)為什么會(huì)新概念層出不窮現(xiàn)象?

      我對(duì)量子力學(xué)對(duì)一些物理現(xiàn)象的描述是深信不疑的,只是她描述的方法、方式有點(diǎn)“晦澀”、“蹩腳”罷了,但這不能否定量子力學(xué)存在的巨大物理價(jià)值及意義。

      量子力學(xué)脫胎于經(jīng)典物理學(xué),而我們的經(jīng)典物理學(xué)又存在諸多缺失或缺陷,因此,量子力學(xué)一方面想融合經(jīng)典力學(xué),另一方面又不得不去彌補(bǔ)經(jīng)典力學(xué)缺失或不足的部分,故而會(huì)表現(xiàn)出與經(jīng)典力學(xué)“若影若離”的尷尬局面,“新概念”層出不窮問(wèn)題也就在所難免了。

      下面我就從以下幾個(gè)方面來(lái)剖析量子力學(xué)“為什么會(huì)出現(xiàn)新概念層出不窮的現(xiàn)象?”,以供大家參考、交流與討論。

      量子力學(xué)漫談(2)—量子力學(xué)為什么會(huì)新概念層出不窮現(xiàn)象?

      1、十九世紀(jì)前、后對(duì)粒子屬性的認(rèn)識(shí)存在巨大差異

      19世紀(jì)初,當(dāng)物理學(xué)真正進(jìn)入微觀領(lǐng)域后,我們用牛頓力學(xué)體系所建立起來(lái)的質(zhì)點(diǎn)、粒子理論就與我們實(shí)驗(yàn)觀察到的微觀粒子運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象存在明顯出入,最顯著一例就是經(jīng)典粒子通過(guò)小孔或窄縫時(shí)作直線運(yùn)動(dòng),而微觀粒子通過(guò)小孔或窄縫時(shí)卻會(huì)作“轉(zhuǎn)彎”運(yùn)動(dòng),即衍射現(xiàn)象。

      量子力學(xué)漫談(2)—量子力學(xué)為什么會(huì)新概念層出不窮現(xiàn)象?

      我們認(rèn)為,出現(xiàn)這種差異的根原在于經(jīng)典粒子是沒(méi)有自旋和自旋磁矩的“宏觀”粒子,且經(jīng)典“小孔”或“窄縫”空間也不存在磁場(chǎng);微觀粒子則不同,它們不但有自旋和自旋磁矩,而且由帶有自旋磁矩的粒子如電子、質(zhì)子、中子等組成的“小孔”或“窄縫”空間,在較小范圍內(nèi)也會(huì)表現(xiàn)出一定的磁場(chǎng)屬性;當(dāng)這些帶有自旋磁矩的微觀粒子通過(guò)該磁場(chǎng)空間時(shí),就必然會(huì)產(chǎn)生像電子通過(guò)磁場(chǎng)時(shí)會(huì)發(fā)生“轉(zhuǎn)彎”一樣的運(yùn)動(dòng),這就是微觀粒子通過(guò)磁場(chǎng)時(shí)普遍存在的所謂“洛倫茲運(yùn)動(dòng)”和受磁場(chǎng)梯度力的現(xiàn)象。

      量子力學(xué)漫談(2)—量子力學(xué)為什么會(huì)新概念層出不窮現(xiàn)象?

      但是,經(jīng)典物理學(xué),包括牛頓力學(xué)、經(jīng)典電磁學(xué)等都沒(méi)有涉及這方面問(wèn)題,自然我們對(duì)它們的描述就無(wú)法再用經(jīng)典物理理論概念了,于是就出現(xiàn)“量子”、“自旋”、“自旋磁矩”、“物質(zhì)波”等非經(jīng)典力學(xué)概念。

      同時(shí),我們還應(yīng)該看到,在17、18世紀(jì),由于人類研究物質(zhì)的工具手段落后,對(duì)微小物質(zhì)的物理特性也就不能夠進(jìn)行細(xì)致全面的觀察、研究,故對(duì)微觀粒子的認(rèn)識(shí)只能局限在經(jīng)典力學(xué)范疇內(nèi),認(rèn)為粒子運(yùn)動(dòng)應(yīng)遵循經(jīng)典力學(xué)理論,這就是經(jīng)典粒子概念的內(nèi)涵。

      量子力學(xué)漫談(2)—量子力學(xué)為什么會(huì)新概念層出不窮現(xiàn)象?

      但是,到了19、20世紀(jì)后,隨著科技水平的發(fā)展,人類能夠在在納米級(jí)水平上做實(shí)驗(yàn),研究原子、電子等更微小的粒子及其特性,這時(shí)我們就發(fā)現(xiàn)微觀世界的粒子屬性與經(jīng)典粒子屬性存在很大差異,具體表現(xiàn)就是:

      1.1.粒子屬性差異

      經(jīng)典粒子:只有平動(dòng),沒(méi)有自旋,也沒(méi)有自旋磁矩存在,它們的運(yùn)動(dòng)完全遵循經(jīng)典物理學(xué)運(yùn)動(dòng)規(guī)律;

      量子粒子:有自旋、平動(dòng),且有自旋磁矩存在,它們的運(yùn)動(dòng)往往不符合經(jīng)典物理學(xué)運(yùn)動(dòng)規(guī)律;

      量子力學(xué)漫談(2)—量子力學(xué)為什么會(huì)新概念層出不窮現(xiàn)象?

      1.2.空間屬性差異

      經(jīng)典粒子通過(guò)的小孔或窄縫,空間范圍較大,沒(méi)有磁場(chǎng)存在;

      量子粒子通過(guò)的小孔或窄縫,空間范圍較小,有一定的磁場(chǎng)存在;

      量子力學(xué)漫談(2)—量子力學(xué)為什么會(huì)新概念層出不窮現(xiàn)象?

      1.3、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)差異.

      經(jīng)典粒子通過(guò)小孔或窄縫空間時(shí),表現(xiàn)出直線運(yùn)動(dòng)性;

      量子粒子通過(guò)帶有磁場(chǎng)的小孔或窄縫空間時(shí),表現(xiàn)出曲線運(yùn)動(dòng)性;

      量子力學(xué)漫談(2)—量子力學(xué)為什么會(huì)新概念層出不窮現(xiàn)象?

      從上述幾種差異中可以看出,我們不可能再用經(jīng)典力學(xué)概念來(lái)描述現(xiàn)代微觀粒子運(yùn)動(dòng),為此,就必須創(chuàng)造出一套不同于經(jīng)典力學(xué)的“新概念”來(lái)描述微觀粒子運(yùn)動(dòng),比如,我們說(shuō):“經(jīng)典粒子是相對(duì)于現(xiàn)代粒子的一個(gè)概念,指的是不具有量子性質(zhì)的粒子,也就是說(shuō)不具有波動(dòng)性、不服從海森堡不確定性原理。

      量子力學(xué)漫談(2)—量子力學(xué)為什么會(huì)新概念層出不窮現(xiàn)象?

      具體地說(shuō),經(jīng)典粒子的位置和動(dòng)量(速度)可以同時(shí)被準(zhǔn)確的測(cè)定、具有確定的運(yùn)動(dòng)軌跡,并且經(jīng)典粒子的熱力學(xué)統(tǒng)計(jì)規(guī)律服從的是麥克斯韋-玻爾茲曼分布。

      量子力學(xué)漫談(2)—量子力學(xué)為什么會(huì)新概念層出不窮現(xiàn)象?

      相對(duì)的,現(xiàn)代粒子指的是具有量子性質(zhì)的粒子,按照海森堡不確定性原理,它的位置和動(dòng)量不能同時(shí)被準(zhǔn)確地測(cè)定、不具有確定的運(yùn)動(dòng)軌跡,其運(yùn)動(dòng)規(guī)律由波函數(shù)來(lái)描述(具有波動(dòng)性),并且現(xiàn)代粒子的熱力學(xué)統(tǒng)計(jì)規(guī)律服從的是波色-愛(ài)因斯坦分布或者費(fèi)米-狄拉克分布?!?span style="-webkit-tap-highlight-color: transparent; box-sizing: border-box; font-size: 15px; line-height: 0; position: relative; vertical-align: baseline; top: -0.5em;">[1]

      量子力學(xué)漫談(2)—量子力學(xué)為什么會(huì)新概念層出不窮現(xiàn)象?

      從這段描述中可以看出,新概念、新原理的涌出就是為了闡述微觀粒子運(yùn)動(dòng)與經(jīng)典粒子運(yùn)動(dòng)存在差異而制定的。

      不過(guò),這里要說(shuō)明:粒子本不分什么經(jīng)典、非經(jīng)典,只是我們觀察的角度或深入的程度不同而已。當(dāng)然,所謂宏觀、微觀之差別,也是相對(duì)概念;就拿經(jīng)典物理學(xué)研究宏觀粒子來(lái)說(shuō),在現(xiàn)實(shí)生活中,經(jīng)典粒子運(yùn)動(dòng)能得到宏觀意義上的驗(yàn)證和應(yīng)用,因此,該理論就可以被認(rèn)為是正確的;但當(dāng)我們用研究經(jīng)典粒子運(yùn)動(dòng)的方法去研究微觀粒子運(yùn)動(dòng)是就會(huì)產(chǎn)生很大的誤差,這說(shuō)明經(jīng)典粒子理論對(duì)研究微觀粒子運(yùn)動(dòng)已失去作用,然而我們不能因此就否認(rèn)經(jīng)典粒子理論在宏觀意義上應(yīng)用的價(jià)值。

      所謂“經(jīng)典粒子經(jīng)過(guò)狹縫的時(shí)候會(huì)沿直線運(yùn)動(dòng)”的結(jié)論只是我們站在宏觀角度的看法,但這并不與“微觀粒子具有曲線運(yùn)動(dòng)的屬性,即存在所謂的‘波粒二象性’”存在沖突。

      量子力學(xué)漫談(2)—量子力學(xué)為什么會(huì)新概念層出不窮現(xiàn)象?

      雖然量子力學(xué)認(rèn)識(shí)到經(jīng)典粒子與微觀量子粒子的屬性存在差異,但它沒(méi)有意識(shí)到空間屬性也存在差異,從而造成其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)出現(xiàn)不同;也就是說(shuō),量子力學(xué)仍把小孔或窄縫看作是沒(méi)有磁場(chǎng)存在的“經(jīng)典小孔或窄縫”,這樣,當(dāng)帶有自旋、自旋磁矩的粒子通過(guò)“經(jīng)典小孔或窄縫”時(shí)就不會(huì)對(duì)粒子運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生磁場(chǎng)影響,即微觀量子粒子通過(guò)“經(jīng)典小孔或窄縫”與經(jīng)典粒子通過(guò)小孔或窄縫的運(yùn)動(dòng)處境完全一樣,這其實(shí)就與把微觀量子粒子與經(jīng)典粒子“等同”了的做法。

      量子力學(xué)漫談(2)—量子力學(xué)為什么會(huì)新概念層出不窮現(xiàn)象?

      用“經(jīng)典粒子”概念去看待“微觀量子粒子”通過(guò)“帶有磁場(chǎng)的小孔或窄縫”,或用“經(jīng)典小孔或窄縫”概念去解讀“帶有自旋、自旋磁矩的量子粒子”通過(guò)其空間的運(yùn)動(dòng),都必然會(huì)得出“波粒二象性”結(jié)論來(lái)。

      可見(jiàn),量子力學(xué)“波粒二象性”認(rèn)識(shí)的本質(zhì)還是沒(méi)有完全擺脫牛頓經(jīng)典粒子或經(jīng)典小孔空間概念的影響,其描述的物理過(guò)程就是給經(jīng)典粒子概念裝一個(gè)自旋和自旋磁矩的外套,并配備一駕“機(jī)械波”式的馬車,讓它穿越經(jīng)典小孔或窄縫的思考隧道,可關(guān)鍵時(shí)竟忘了非經(jīng)典小孔或窄縫空間也具有磁場(chǎng)性。

      微觀粒子“波粒二象性”揭示的是帶有自旋磁場(chǎng)的量子粒子通過(guò)小孔或窄縫磁場(chǎng)空間時(shí),會(huì)產(chǎn)生“光子洛倫茲運(yùn)動(dòng)”,其物理意義是:經(jīng)典粒子+自旋+自旋磁矩+磁場(chǎng)空間—→磁場(chǎng)平面內(nèi)“洛倫茲運(yùn)動(dòng)”+磁場(chǎng)梯度下“的自由落體運(yùn)動(dòng)”—→粒子運(yùn)動(dòng)的“波粒二象性”,對(duì)此,施特恩-格拉赫實(shí)驗(yàn)可以給我們有益的啟迪?。ň唧w論述請(qǐng)參閱司今《波粒二象性的本質(zhì)》一文)。

      量子力學(xué)漫談(2)—量子力學(xué)為什么會(huì)新概念層出不窮現(xiàn)象?

      2、量子力學(xué)是一門“實(shí)驗(yàn)物理學(xué)”

      物理學(xué)發(fā)展史告訴我們,物理學(xué)理論體系的建立存在二種方式:

      (1)、首先從公理、假設(shè)出發(fā),定義出若干物理量,通過(guò)數(shù)學(xué)演繹推理得出若干物理定理,再將這些定理運(yùn)用到解決實(shí)際物理問(wèn)題中去,由此所建立的物理體系稱作“公理物理學(xué)”體系,如牛頓力學(xué)體系、愛(ài)因斯坦相對(duì)論力學(xué)體系等。

      (2)、首先從實(shí)驗(yàn)、總結(jié)出發(fā),根據(jù)需要定義出若干物理量,建立一定的數(shù)學(xué)模型,然后用于去解釋其他物理現(xiàn)象;若有偏差,則再引入新的物理量定義或修正數(shù)學(xué)模型......如此不斷修正而建立起來(lái)的物理理論體系稱作“實(shí)驗(yàn)物理學(xué)”體系,如經(jīng)典電磁學(xué)、量子力學(xué)等。

      牛頓力學(xué)體系是從公理(三定律)體系出發(fā),先確定質(zhì)點(diǎn)所在位置,再通過(guò)定義速度、加速度等概念來(lái)研究引起物體狀態(tài)變化中力的問(wèn)題;

      量子力學(xué)漫談(2)—量子力學(xué)為什么會(huì)新概念層出不窮現(xiàn)象?

      狹義相對(duì)論力學(xué)體系則是通過(guò)光速不變假設(shè)、結(jié)合相對(duì)性原理,運(yùn)用洛倫茲數(shù)學(xué)變換推演,得出質(zhì)量變化、質(zhì)能守恒公式,以此來(lái)解決微觀粒子或宏觀物體高速運(yùn)動(dòng)問(wèn)題。

      電磁學(xué)是一門實(shí)驗(yàn)科學(xué),它的一些理論不是從粒子運(yùn)動(dòng)的物理機(jī)制上得出的,而是通過(guò)對(duì)電磁實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的描述和總結(jié)中得來(lái)的,由此建立的理論是一種“唯現(xiàn)象理論”;

      量子力學(xué)也是如此,它首先是從實(shí)驗(yàn)出發(fā),確立量子概念,再引入波動(dòng)理論來(lái)研究自旋粒子的運(yùn)動(dòng)問(wèn)題,因此,量子力學(xué)也只能算是一種“實(shí)驗(yàn)力學(xué)”或稱“現(xiàn)象力學(xué)”。

      實(shí)驗(yàn)力學(xué)體系是由實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象描述與總結(jié)而建立起來(lái)的理論體系,這種理論只能隨著實(shí)驗(yàn)的完善和科技的發(fā)展而隨之改進(jìn),其中,就必然會(huì)“制定”出許多“新概念”來(lái)。

      通過(guò)上述比較,我們可以看出:

      (1)、公理物理學(xué)體系有一個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn),就是它對(duì)物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的描述有可預(yù)知性,且強(qiáng)調(diào)物體運(yùn)動(dòng)變化所遵循的物理原理前后統(tǒng)一性,即講究物體運(yùn)動(dòng)形成的物理機(jī)制;其缺點(diǎn)是,當(dāng)物體運(yùn)動(dòng)條件發(fā)生變化時(shí),往往會(huì)出現(xiàn)不符合該體系“制定”的運(yùn)動(dòng)規(guī)律;這時(shí)就要求適時(shí)修改或完善原有的運(yùn)動(dòng)規(guī)律描述,以符合現(xiàn)有物體初始運(yùn)動(dòng)的條件,但目前物理學(xué)在這方面做得是不夠的!

      量子力學(xué)漫談(2)—量子力學(xué)為什么會(huì)新概念層出不窮現(xiàn)象?

      如,牛頓萬(wàn)有引力G值測(cè)定問(wèn)題,卡文迪許測(cè)定G值時(shí)用的二個(gè)鉛球是處于靜態(tài)的,但當(dāng)它們處于自旋態(tài)時(shí),測(cè)得的G值就不同,關(guān)于這方面實(shí)驗(yàn),江西朱永煥老師作了較全面的驗(yàn)證;同時(shí),溫度變化也會(huì)對(duì)G的測(cè)定值產(chǎn)生影響等等,這說(shuō)明牛頓萬(wàn)有引力G的適用是有初始條件限制的,運(yùn)動(dòng)公式成立的初始條件發(fā)生改變,牛頓萬(wàn)有引力的描述形式也就要作適當(dāng)調(diào)整,但這不能否定萬(wàn)有引力的普遍存在性;同時(shí),我們還應(yīng)該看到,萬(wàn)有引力只是一種靜態(tài)場(chǎng)理論,對(duì)于運(yùn)動(dòng)物體(如自旋與平動(dòng))而言,萬(wàn)有引力的G會(huì)不會(huì)產(chǎn)生變化?我們沒(méi)有深究。其實(shí),牛頓萬(wàn)有引力公式描述的只是一個(gè)物理“函數(shù)”式,因G值會(huì)隨物質(zhì)運(yùn)動(dòng)組成系統(tǒng)的初始條件不同而不同,如太陽(yáng)系中的G是一個(gè)常數(shù),木星系或原子系的G應(yīng)是另一個(gè)常數(shù);但每個(gè)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)都必須有一個(gè)引力常數(shù)G,否則,這個(gè)系統(tǒng)就不是一個(gè)穩(wěn)定的系統(tǒng);它們的引力常數(shù)G可用同一個(gè)物理函數(shù)式來(lái)描述,那就是G=ω1ω2/π,具體論述請(qǐng)參與司今《物質(zhì)自旋與力的形成》一文。[2]

      量子力學(xué)漫談(2)—量子力學(xué)為什么會(huì)新概念層出不窮現(xiàn)象?

      (2)、實(shí)驗(yàn)力學(xué)體系的優(yōu)點(diǎn)是不受物體運(yùn)動(dòng)初始條件變化的限制,因沒(méi)有公設(shè)條件存在,僅從現(xiàn)象出發(fā),總結(jié)規(guī)律以用于解釋其他現(xiàn)象,如有錯(cuò)誤,可以立即修訂,從而表現(xiàn)出巨大的靈活性和適應(yīng)性。

      但實(shí)驗(yàn)力學(xué)體系最大的缺陷就是沒(méi)有一個(gè)完整的系統(tǒng)性,不講物理機(jī)制,往往會(huì)得出前后不一致、不自洽的結(jié)論。

      如,電磁學(xué)中“洛倫茲運(yùn)動(dòng)形成的物理機(jī)制”到現(xiàn)在還沒(méi)有人能真正能揭示出,電子電荷與磁子磁荷是如何產(chǎn)生的?電、磁荷存在不存在真正的統(tǒng)一?等,這些問(wèn)題都是實(shí)驗(yàn)物理學(xué)體系無(wú)法真正揭示出來(lái)的。

      又如,量子力學(xué)就是一個(gè)“不講機(jī)理”的物理學(xué),什么新奇的微觀實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象一旦出現(xiàn)就都往它肚子里裝,但又不研究為什么?如量子糾纏,只強(qiáng)調(diào)根據(jù)量子場(chǎng)原理就可以得出量子糾纏,但曾不去深究“量子們”為什么會(huì)糾纏?

      量子力學(xué)漫談(2)—量子力學(xué)為什么會(huì)新概念層出不窮現(xiàn)象?

      再如,電子磁矩問(wèn)題,量子力學(xué)就是從經(jīng)典電磁學(xué)中直接“移植”過(guò)來(lái)的概念,但電子在線圈中運(yùn)動(dòng)與電子繞原子核運(yùn)動(dòng)應(yīng)存在本質(zhì)性差異,如此“移植”得出的電子電子磁矩到底是什么物理含義?量子力學(xué)也沒(méi)有去深究。

      量子力學(xué)漫談(2)—量子力學(xué)為什么會(huì)新概念層出不窮現(xiàn)象?

      我們的看法是,電子軌道磁矩就是電子自旋所產(chǎn)生的自旋磁荷到原子核質(zhì)心的距離之積,即荷動(dòng)量矩,且μ=qm.r,因?yàn)槲覀兺ㄟ^(guò)qm=q.v變換,最終就可以得出電子軌道磁矩就是μ=qm.r 的結(jié)論,具體論述請(qǐng)參閱司今《量子力學(xué)磁矩的含義》一文。

      量子力學(xué)漫談(2)—量子力學(xué)為什么會(huì)新概念層出不窮現(xiàn)象?

      至于量子力學(xué)給出的電子自旋磁矩是μs=-el/2m,我們就感到有點(diǎn)困惑了,因?yàn)槟壳安](méi)有發(fā)現(xiàn)電子有內(nèi)部結(jié)構(gòu),即它一直被看作是一個(gè)點(diǎn)粒子,那么,它的自旋磁矩為什么可以用軌道磁矩形式來(lái)描述呢?對(duì)此,量子力學(xué)諱而不言!并將之定性成粒子所具有的”內(nèi)稟“屬性......

      量子力學(xué)漫談(2)—量子力學(xué)為什么會(huì)新概念層出不窮現(xiàn)象?

      其實(shí),量子力學(xué)對(duì)自旋磁矩的含糊描述,充分反映了現(xiàn)代物理學(xué)基礎(chǔ)存在缺失或說(shuō)缺陷問(wèn)題,因?yàn)樽孕且粋€(gè)與空間大小無(wú)關(guān)的量,而磁矩則必須與空間r有關(guān),故現(xiàn)代物理學(xué)對(duì)自旋描述是存在缺失的,對(duì)此,我們給出的思路是:拋棄自旋體的空間性,用pm=m.ω來(lái)定量自旋粒子的磁量,以取代現(xiàn)代量子力學(xué)自旋磁矩概念,這對(duì)量子力學(xué)中粒子自旋磁性起源的詮解與應(yīng)用將會(huì)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響,就此問(wèn)題論述,大家可參閱司今《一個(gè)將萬(wàn)有引力、庫(kù)倫電磁荷力統(tǒng)一的新方法》一文。

      量子力學(xué)漫談(2)—量子力學(xué)為什么會(huì)新概念層出不窮現(xiàn)象?

      3、經(jīng)典物理學(xué)理論存在缺陷或缺失

      3.1.經(jīng)典電磁學(xué)理論存在缺陷

      量子力學(xué)雖脫胎于經(jīng)典電磁學(xué),但又不同于經(jīng)典電磁學(xué)理論:

      首先,經(jīng)典電磁理論描述的對(duì)象——電子,只有電荷性,沒(méi)有自旋性;

      量子力學(xué)漫談(2)—量子力學(xué)為什么會(huì)新概念層出不窮現(xiàn)象?

      其次,電磁學(xué)著重討論的是電子在宏觀磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng),沒(méi)有涉及微觀粒子磁場(chǎng)空間,如納米級(jí)窄縫、原子核等磁場(chǎng)空間;

      量子力學(xué)漫談(2)—量子力學(xué)為什么會(huì)新概念層出不窮現(xiàn)象?

      再次,電磁學(xué)討論磁場(chǎng)的方法是通過(guò)“去質(zhì)點(diǎn)化而”建立起來(lái)的高斯磁通量理論,這個(gè)理論是建立在體、面等宏觀概念之上的,并不適于質(zhì)點(diǎn)力學(xué)描述問(wèn)題;因?yàn)槲覀儗?duì)微觀粒子的體、面等無(wú)法精確測(cè)量出來(lái),故電磁學(xué)的一些非質(zhì)點(diǎn)的場(chǎng)理論就無(wú)法再在量子力學(xué)中適用,結(jié)果量子力學(xué)不得不在尋求質(zhì)點(diǎn)偶極磁子與改變?cè)泻暧^磁場(chǎng)理論的一些定義,以適于描述微觀質(zhì)點(diǎn)在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的描述。

      因此說(shuō),量子力學(xué)在改造”經(jīng)典”中發(fā)展,這正是經(jīng)典力學(xué)、電磁場(chǎng)理論存在缺陷或缺失必須付出的代價(jià)!

      量子力學(xué)漫談(2)—量子力學(xué)為什么會(huì)新概念層出不窮現(xiàn)象?

      量子力學(xué)雖誕生于19世紀(jì)初的“二朵烏云”中,但“二朵烏云”體現(xiàn)的是經(jīng)典力學(xué)認(rèn)識(shí)與微觀世界現(xiàn)象存在嚴(yán)重沖突,這種沖突根源在于:宏觀力學(xué)所描述的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)是沒(méi)有自旋與空間不存在場(chǎng)影響的運(yùn)動(dòng),而微觀世界中,任何粒子運(yùn)動(dòng)都是有自旋性和自旋磁矩性的,這種“雙重性”是經(jīng)典力學(xué)根本沒(méi)有涉及或全面認(rèn)識(shí)到的,而量子力學(xué)正是沿著微觀世界粒子這種“雙重性”思路出發(fā)并發(fā)展起來(lái)的。

      量子力學(xué)漫談(2)—量子力學(xué)為什么會(huì)新概念層出不窮現(xiàn)象?

      同時(shí),在微觀世界中,粒子運(yùn)動(dòng)是一種“場(chǎng)源運(yùn)動(dòng)”,它不同于電磁學(xué)中將場(chǎng)源看作是靜態(tài)的、產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)的只是無(wú)粒子性的電磁波,即“交變電磁場(chǎng)”。

      量子力學(xué)漫談(2)—量子力學(xué)為什么會(huì)新概念層出不窮現(xiàn)象?

      場(chǎng)源運(yùn)動(dòng)是特斯拉所描述的“動(dòng)態(tài)場(chǎng)理論”的重要組成部分,但量子力學(xué)只繼承了電磁學(xué)“靜態(tài)場(chǎng)理論”部分,沒(méi)有引入“動(dòng)態(tài)場(chǎng)論理論”,結(jié)果,量子力學(xué)在繼承麥克斯韋電磁波理論后才會(huì)得出“真空不‘真’”、“無(wú)中生有”的離奇結(jié)論,這種結(jié)論從根本上破壞了物理學(xué)建立的基礎(chǔ)——物質(zhì)守恒定律,這正體現(xiàn)了“實(shí)驗(yàn)物理學(xué)”體系普遍存在的“邏輯系統(tǒng)混亂性”的通病。

      量子力學(xué)漫談(2)—量子力學(xué)為什么會(huì)新概念層出不窮現(xiàn)象?

      3.2.牛頓力學(xué)體系存在缺陷

      牛頓力學(xué)是建立在質(zhì)點(diǎn)概念之上的力學(xué),它可分二個(gè)部分:

      量子力學(xué)漫談(2)—量子力學(xué)為什么會(huì)新概念層出不窮現(xiàn)象?

      前一部分由牛頓三大定理組成的“接觸力學(xué)”,在這個(gè)力學(xué)體系中,物體是沒(méi)有自旋與場(chǎng)存在的力學(xué);后部分是由萬(wàn)有引力定律組成的“質(zhì)量場(chǎng)力學(xué)”,在這個(gè)力學(xué)體系中,物體不但沒(méi)有自旋,且質(zhì)量場(chǎng)也是一種靜態(tài)場(chǎng)

      量子力學(xué)漫談(2)—量子力學(xué)為什么會(huì)新概念層出不窮現(xiàn)象?

      可見(jiàn),牛頓的這二個(gè)力學(xué)體系都無(wú)法真正描述帶有自旋磁場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)粒子通過(guò)磁場(chǎng)空間時(shí)的運(yùn)動(dòng)變化,這是牛頓力學(xué)體系存在的巨大缺陷。

      量子力學(xué)雖繼承了牛頓質(zhì)點(diǎn)思想——將粒子看作是質(zhì)點(diǎn),但又不同于牛頓力學(xué)中的經(jīng)典粒子,于是,量子力學(xué)另辟途徑,沿用宏觀能量的統(tǒng)計(jì)學(xué)思想,用“波”概念來(lái)描述“質(zhì)點(diǎn)群”運(yùn)動(dòng),即薛定諤波函數(shù)方程;為此,量子力學(xué)就必須“創(chuàng)造”出許多不同于經(jīng)典力學(xué)的“新概念”,如自旋磁矩、概率波、AB效應(yīng)、量子糾纏等新名詞來(lái)說(shuō)明自旋粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)變化的現(xiàn)象問(wèn)題。

      量子力學(xué)漫談(2)—量子力學(xué)為什么會(huì)新概念層出不窮現(xiàn)象?

      當(dāng)然,這種描述不但與牛頓質(zhì)點(diǎn)力學(xué)格格不入,也與電磁學(xué)大相徑庭,結(jié)果將人類對(duì)微觀粒子運(yùn)動(dòng)的認(rèn)識(shí)帶入到困惑、迷茫與“不確定性”之中。

      3.3、現(xiàn)代物理學(xué)對(duì)物體自旋所產(chǎn)生的物理效應(yīng)認(rèn)識(shí)存在缺失

      量子力學(xué)是關(guān)于帶有自旋和自旋磁矩的微觀粒子在空間磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象研究的力學(xué),它的研究思路是按陀螺運(yùn)動(dòng)理論來(lái)進(jìn)行的,不過(guò)這種陀螺是一種帶有自旋磁場(chǎng)的磁陀螺;從球坐標(biāo)的選擇到莫拉爾進(jìn)動(dòng),從自旋磁矩理論到包利不相容原理等,無(wú)不體現(xiàn)了粒子自旋與自旋磁矩的重要性來(lái)。

      量子力學(xué)漫談(2)—量子力學(xué)為什么會(huì)新概念層出不窮現(xiàn)象?

      但是,到目前我們的物理學(xué)對(duì)“物體自旋會(huì)產(chǎn)生什么物理效應(yīng)”問(wèn)題還是“一概不知”,對(duì)“自旋磁陀螺在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)”的研究仍是“一片空白”,這不能不說(shuō)我們現(xiàn)有的物理學(xué)理論研究方法與模式存在嚴(yán)重的結(jié)構(gòu)性缺失。

      量子力學(xué)漫談(2)—量子力學(xué)為什么會(huì)新概念層出不窮現(xiàn)象?

      上二個(gè)問(wèn)題是微觀世界普遍存在的現(xiàn)象,也是我們深入認(rèn)識(shí)微觀世界奧秘的二把“金鑰匙”!特別是“物體自旋會(huì)產(chǎn)生什么物理效應(yīng)”問(wèn)題是目前物理學(xué)必須首先要去澄清的問(wèn)題,這個(gè)問(wèn)題一旦有了定論,那么,磁的起源、電的來(lái)歷、電、磁的統(tǒng)一等問(wèn)題就都可以迎刃而解了。

      量子力學(xué)漫談(2)—量子力學(xué)為什么會(huì)新概念層出不窮現(xiàn)象?

      據(jù)我們推理,物體自旋會(huì)產(chǎn)生自旋磁荷,且自旋磁荷量大小為qm=m.ω,正是自旋產(chǎn)生的自旋磁荷才使宏觀自旋物體與微觀自旋粒子具有相同的運(yùn)動(dòng)模型,我們現(xiàn)在認(rèn)可的盧瑟?!霸有行墙Y(jié)構(gòu)模型”正說(shuō)明了這一點(diǎn)。

      量子力學(xué)漫談(2)—量子力學(xué)為什么會(huì)新概念層出不窮現(xiàn)象?

      如果我們能夠補(bǔ)充與完善經(jīng)典力學(xué)的場(chǎng)理論、磁陀螺運(yùn)動(dòng)理論和粒子自旋與自旋磁場(chǎng)理論,那么,將來(lái)的量子力學(xué)就一定能夠走出“象牙塔”困境,從而融入“新經(jīng)典力學(xué)”——“自旋場(chǎng)物理學(xué)”中來(lái),并為更多人接受、理解與應(yīng)用。

      縱觀量子力學(xué)發(fā)展可以看出,每一個(gè)新概念的添加都與現(xiàn)有的經(jīng)典理論格格不入,如自旋與自旋磁矩理、AB效應(yīng)、物質(zhì)波、波函數(shù)崩塌、隧道效應(yīng)、粒子糾纏理等,都是我們經(jīng)典物理學(xué)對(duì)粒子自旋及其自旋物理效應(yīng)——自旋磁場(chǎng)認(rèn)識(shí)存在缺失所造成的結(jié)果。如果我們的基礎(chǔ)物理學(xué)對(duì)“粒子自旋會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)”有足夠認(rèn)識(shí),就不會(huì)出現(xiàn)量子力學(xué)“新概念”層出不窮的現(xiàn)象了。

      量子力學(xué)漫談(2)—量子力學(xué)為什么會(huì)新概念層出不窮現(xiàn)象?

      4、量子力學(xué)淺評(píng)

      量子力學(xué)的最大功績(jī)是將經(jīng)典電磁學(xué)廢棄的“質(zhì)點(diǎn)”思想重新以“量子”概念的形式找了回來(lái),并引入自旋和自旋磁矩,用磁陀螺運(yùn)動(dòng)方式來(lái)研究自旋粒子在微觀磁場(chǎng)空間中的運(yùn)動(dòng)。

      量子力學(xué)的最大敗筆是引入“波動(dòng)論”來(lái)解說(shuō)粒子“衍射”現(xiàn)象,其中最不可思議的就是“波粒二象性”、“波函數(shù)”與“幾率波”等概念。

      量子力學(xué)漫談(2)—量子力學(xué)為什么會(huì)新概念層出不窮現(xiàn)象?

      我們知道,麥克斯韋電磁波是純場(chǎng)波,無(wú)粒子組成,而量子力學(xué)物質(zhì)波卻是粒子波,這種波要求粒子不但要“抱團(tuán)”(波包),而且在“團(tuán)”內(nèi)要“上竄下跳”、并隨“團(tuán)”向前運(yùn)動(dòng),這真不可思議!難怪愛(ài)因斯坦稱它是“鬼波”!

      量子力學(xué)漫談(2)—量子力學(xué)為什么會(huì)新概念層出不窮現(xiàn)象?

      量子力學(xué)的許多怪論都是由波動(dòng)論引起的,而波動(dòng)性的定論只是依據(jù)“粒子通過(guò)磁場(chǎng)空間時(shí)會(huì)產(chǎn)生‘轉(zhuǎn)彎’”這一現(xiàn)象推理出來(lái)的(即干涉、衍射),但它并沒(méi)有真實(shí)描述“粒子通過(guò)磁場(chǎng)空間時(shí)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)變化”的物理本質(zhì);也就是說(shuō),我們冒然得出“波粒二象性”結(jié)論是“沒(méi)有從粒子本質(zhì)入手——粒子有自旋和自旋磁矩性,同時(shí)也忽略了小孔或窄縫在一定小的空間內(nèi)(如納米級(jí)空間)也會(huì)表現(xiàn)出磁場(chǎng)性來(lái)”的必然結(jié)果。

      量子力學(xué)漫談(2)—量子力學(xué)為什么會(huì)新概念層出不窮現(xiàn)象?

      量子力學(xué)“新概念”層出不窮現(xiàn)象正說(shuō)明我們的物理學(xué)基礎(chǔ)存在一定的缺陷或缺失,它對(duì)帶有自旋、平動(dòng)和自旋磁場(chǎng)的微觀粒子運(yùn)動(dòng)的描述存在一定的模糊性與迷茫性。

      但量子力學(xué)無(wú)疑是一個(gè)目前關(guān)于微觀粒子運(yùn)動(dòng)研究最深入、最成功的理論,因?yàn)樗梢詾楹芏辔⒂^粒子實(shí)驗(yàn)結(jié)果提供一種可行的計(jì)算方法,但這種方法只能是預(yù)測(cè),即只能給一個(gè)事件發(fā)生的概率,不能完全確定該事件會(huì)不會(huì)真地發(fā)生,這使人們對(duì)物理的認(rèn)識(shí)產(chǎn)生了懷疑,因?yàn)槲锢硪?guī)律在這里已喪失了本應(yīng)具有的確定性。

      對(duì)此,包括愛(ài)因斯坦在內(nèi)的許多物理學(xué)家們都認(rèn)為,量子力學(xué)是一門不完備的力學(xué),愛(ài)因斯坦對(duì)其概率方面的描述提出了“不拘一格”的看法:概率的出現(xiàn)僅僅是因?yàn)榱W舆\(yùn)動(dòng)的一些參數(shù)沒(méi)有被指定;如果這些“隱藏”參數(shù)是已知的,那么,粒子運(yùn)動(dòng)的一個(gè)完全確定的軌跡就可以被定義出來(lái)。

      量子力學(xué)漫談(2)—量子力學(xué)為什么會(huì)新概念層出不窮現(xiàn)象?

      我贊同愛(ài)因斯坦的這一看法!


      參考文獻(xiàn):

      [1]、什么是經(jīng)典粒子?百度知道:

      http://zhidao.baidu.com/link?url=Jj5JIm40yl9m3bXIBly1sflLLkmCSHDG9qLVNh0WK8_xQknQNc-ywWE5BObGxx4dZnmO19QGKkIevOyUs3JJEd_TGcKtNDIM0EKjwzHu8WC

      [2]、司今/《物質(zhì)自旋與力的形成》:中國(guó)預(yù)印本網(wǎng)站:

      http://www./preprint/main.html?action=showFile&id=2c92828239ffeaeb013b45b5a78c01b2

      [3]、司今/《量子力學(xué)磁矩的含義》:中國(guó)預(yù)印本網(wǎng)站:

      http://www./preprint/main.html?action=showFile&id=2c9282823f190b1d0140fe24d9a2019c


      上期目錄:量子力學(xué)漫談(1)—量子力學(xué)建立的物理學(xué)基礎(chǔ)是牢固的嗎?

      下期預(yù)告:量子力學(xué)漫談(3)—量子力學(xué)為何用“波粒二象性”描述粒子運(yùn)動(dòng)?

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