(四)光的干擾原理
1、量子與粒子相互干擾的原因
霍金教授繼續(xù)講道,“現(xiàn)在由普朗克的量子假設(shè),人們不能用
任意少的光的數(shù)量,至少要用一個(gè)光量子,這量子會(huì)擾動(dòng)這粒子
并以一種不能預(yù)見的方式改變粒子的速度,而且位置越準(zhǔn)確,所需
要的波長(zhǎng)就越短,單獨(dú)量子的能量就越大,這樣粒子的速度就被擾
動(dòng)的越厲害。換言之,你對(duì)粒子的位置測(cè)量的越準(zhǔn)確,你對(duì)速度的
測(cè)量就越不準(zhǔn)確,反之亦然。”

顯然,即使用一個(gè)光量子去測(cè)定粒子,也會(huì)因?yàn)楣庾拥碾姶帕?br>場(chǎng)與粒子的電場(chǎng)與電場(chǎng)作用、磁場(chǎng)與磁場(chǎng)作用,力場(chǎng)與力場(chǎng)作用,
必然會(huì)擾動(dòng)這個(gè)粒子,而且這個(gè)粒子也擾動(dòng)光子,這是必然的。

由于測(cè)試者忽視粒子與光子之間的電磁力場(chǎng)的大小,也忽視它們之
間的運(yùn)動(dòng)方式及其作用規(guī)律。所以才得出了不可預(yù)見的結(jié)論。如果
懂得了如上原因,必然會(huì)預(yù)見到粒子改變的速度,如果有人預(yù)見這
個(gè)原理,而且能計(jì)算出光子與粒子的電磁力場(chǎng)與其相互作用時(shí),這
個(gè)干擾是可預(yù)見的。

由于波長(zhǎng)越短單獨(dú)量子的能量就越大,由于能量加大,電、磁、力也同步增大。于是光子與粒子的作用就更大,振動(dòng)也就越厲害。如果量子沒有能量顯然不會(huì)影響到粒子,也不會(huì)擾動(dòng)粒子,實(shí)際上,無(wú)論光子還是粒子,它們的速度是一定的,是有序的,并不是不可知的。

所以,是測(cè)量手段、測(cè)量方法的原因。粒子的擾動(dòng)現(xiàn)象,是這兩種粒子之間的性質(zhì)決定的,人們就是利用它的這個(gè)性質(zhì)制造微波爐,及現(xiàn)代電視等設(shè)備等等。這是它有用的地方,這是一個(gè)重大成就,但決不能把這個(gè)成就夸大到世界的不確定。

粒子之間的干擾是普遍存在的
霍金教授繼續(xù)講道:“海森堡指出,粒子位置的不確定性乘上
粒子質(zhì)量再乘以速度的不確定不能小于一個(gè)確定的量一普郎克
常數(shù)。并且這個(gè)極限既不依賴于測(cè)量粒子的位置和速度的方法,也
不依賴于粒子的種類”。
海森堡不確定性原理是世界的一個(gè)基本的不可回避的性質(zhì)。
確實(shí),光子、量子對(duì)粒子會(huì)干擾,光子與光子也互相干擾,粒子與粒
子也互相干擾,這是由于它們電磁力及引力所決定的,必然如此
然而不干擾時(shí)它們的位置和速度是確定的。

(1)微觀粒子之間互相干擾
尤其是在微粒子界,由于它們的電磁力場(chǎng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于他們的引
力,每個(gè)粒子在它本身規(guī)律速度運(yùn)動(dòng)時(shí),同時(shí)也受到周圍粒子的干
擾,這種干擾在微粒子界是普遍存在的。而且,離子越小這種干擾
就越來(lái)越明顯。

(2)宏觀天體也在互相干擾
甚至到了最大的天體,天體與天體也是相互作用相互干擾的。
這種干擾,也是決定于它們的巨大的電、磁、力場(chǎng)和引力場(chǎng)。首先表
現(xiàn)在它們自身有規(guī)律運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中。周圍的事物也在進(jìn)行干擾,這
都是有規(guī)律的干擾,都是可確定的。如果說(shuō)是不確定的,人們就不
會(huì)找到天體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律及速度。如果按照海森堡指出的那樣,以不
確定的位置乘上質(zhì)量再乘以不確定的速度來(lái)看世界,只能是希望
徹底沒有約束的,絕對(duì)自由的幻想。他們的理論導(dǎo)致的是:自由是
不可干涉的,干涉了自由也就會(huì)侵犯上帝。雖然量子力學(xué)所顯示的
不確定性是世界的一個(gè)不可回避的問(wèn)題,但是這確實(shí)是由于粒子
本身的屬性及測(cè)試方法造成的。

2、光的幾率分布
(1)光子局和能量的電子群
霍金教授講道:“雖然光是由波組成的,普郎克的量子假設(shè)告
訴我們,在一定的態(tài)度面,它的行為似乎顯示出它是由粒子組成
的,它只能以量子的形式發(fā)射或吸收。
光粒子發(fā)射之后并不只是沿著發(fā)射方向一組發(fā)射而是全方位
的,除了縱向發(fā)射,它還橫向發(fā)射,發(fā)射出去的光量子周圍以螺旋
式向四周擴(kuò)散而去。也就是集中一點(diǎn)發(fā)射,以分散狀被吸收,它散
發(fā)出去的光子仍然以粒子態(tài)被吸收,一個(gè)光量子產(chǎn)生非常多的分
散的光量子,直到其轉(zhuǎn)化為電子為止,光子是聚合能量的電子群。

(2)光幾率分布原因
霍金教授繼續(xù)講:“同樣的,海森堡不確定性原理意味著,粒子
在某些方面象波一樣,它們沒有確定的位置,而是被“抹平”成幾率
分布。量子力學(xué)的理論基于一個(gè)全新的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)上,不再按照粒子
和波動(dòng)來(lái)描述實(shí)際世界:而只不過(guò)對(duì)世界的觀測(cè),利用這些術(shù)語(yǔ)來(lái)
描述而已?！?br>光量子是以粒子旋轉(zhuǎn)擴(kuò)散發(fā)射,散射的量子都是以旋轉(zhuǎn)粒子運(yùn)
動(dòng)的,而且散射的波與另一些波交互發(fā)射,這時(shí)就出現(xiàn)了下列情況:
A、當(dāng)這一組粒子運(yùn)動(dòng)螺旋波與另一組運(yùn)動(dòng)螺旋波波峰和波峰
相合時(shí),當(dāng)這一組光就是強(qiáng)的,當(dāng)磁場(chǎng)力方向相對(duì)時(shí),其波增強(qiáng),所
以打在平面上的光就強(qiáng)。
B、當(dāng)這一組波峰與另一組波谷相合,則相互抵消,這就造成了
幾率分布。當(dāng)磁場(chǎng)力方向相反時(shí),用于峰與峰相對(duì),相互場(chǎng)相
而變平,使波不能波動(dòng),所以打在平面上的光就弱,這樣就形成了
幾率分布的現(xiàn)象,這種幾率分布是光子散射后的光子波與光子波
互相作用的結(jié)果,是光子的散射后的螺旋式運(yùn)動(dòng)后與相應(yīng)螺旋粒
子波的相同與不同造成的,光的這個(gè)性質(zhì)是由光子具有的電磁力
決定的。

(3)波的二重性原因是干涉
霍金教授繼續(xù)講道:“所以,在量子力學(xué)中存在著波的二重性:
為了某些目的把波動(dòng)想成粒子是有助的,反之亦然。這導(dǎo)致了很重
要的一個(gè)結(jié)果,人們可以觀察到兩組波式粒子的所謂干涉,也就是
束波的波峰可以和另一束波的波谷相重合。這兩束波互相抵消
而不是象人們所預(yù)料的那樣,選加在一起形成更強(qiáng)的波,圖(5-1)

光子擴(kuò)散過(guò)程中的光粒子,是以螺旋式運(yùn)動(dòng)的,即如下狀態(tài)
如我們以四個(gè)方向來(lái)表示時(shí)如下狀態(tài):圖(5-2)

就是說(shuō)光量子在運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中,除了縱向運(yùn)動(dòng),也在橫向運(yùn)

動(dòng),所以粒子存在著相互干涉。所謂的光的二重性,實(shí)際上是粒子
的螺旋式運(yùn)動(dòng),量子的干涉實(shí)際上就是量子之間的電磁力的作用,
所以說(shuō)量子力學(xué)實(shí)際上是電力、磁力垂直于磁場(chǎng)的力和引力等力的組合。