伽利略落体实验的量子力学解释

王为民
(Longmen middle school,Nanchong,Sichuan,637103,China Email:w_wm39@yahoo.com.cn)




在1589～1591年期间，伽利略对落体运动做了深入细致的观察实验。从实验和理论上否定了统治千余年的亚里士多德关于"落体运动法则"确立了正确的"自由落体定律"，也就是在忽略空气阻力条件下，重量不同的球在下落时同时落地，下落的速度的大小与物体的重量无关。
但是，根据量子力学伽利略落体实验各种情况都可发生，这只是一个几率问题，不存在绝对结果。
根据薛定谔方程

其中，哈密顿算符为

在重力场 U = -GMμ/r中，粒子的质量流密度为
J = ih/4πμ( ψ▽ψ* - ψ*▽ψ )
两物体粒子的质量流密度的大小只是几率的大小,而不是一定为重的物体先落地,只是,可能先落地的几率比较大。但是，不同质量的两物体还可能同时落地或质量小的物体比质量大的物体先落地，也是完全可能的。

在时刻t在位置r处的单位体积内出现粒子的几率（几率密度）为
ω（r，t） = ψ*(r,t)ψ(r,t)
所以，究竟是质量大的物体首先到达地面，还是质量小的物体首先到达地面，或者是两者同时到达地面，这只是一个存在几率大小的问题，而不是经典力学绝对结果问题，所以，不论是亚里士多德，还是伽利略，它们都抱着经典力学的思想，所以，得不出正确结论，理解这个问题的正确途径是通过量子力学的观点对这个问题进行认识。

"1638年，伽利略在《两种新科学的对话》一书中指出：根据亚里士多德的论断，一块大石头的下落速度要比一块小石头的下落速度大。假定大石头的下落速度为8，小石头的下落速度为4，当我们把两块石头拴在一起时，下落快的会被下落慢的拖着而减慢，下落慢的会被下落快的拖着而加快，结果整个系统的下落速度应该小于8。但是两块石头拴在一起，加起来比大石头还要重，因此重物体比轻物体的下落速度要小。这样，就从重物体比轻物体下落得快的假设，推出了重物体比轻物体下落得慢的结论。亚里士多德的理论陷入了自相矛盾的境地。伽利略由此推断重物体不会比轻物体下落得快。"（百度）
但是，根据量子力学不确定原理，一个微观粒子的某些物理量（如位置和动量，或方位角与动量矩，时间和能量等），不可能同时具有确定的数值，其中一个量越确定，另一个量的不确定程度就越大。测量一对共轭量的误差的乘积必然大于或等于常数 h/2π 。
假定大石头的下落速度为8，小石头的下落速度为4，我们就不能把两块石头拴在一起时，因为一旦把它们拴在一起，它们的位置就确定了。这违背量子力学动量和位置不可能同时具有确定的数值的不确定原理。所以，根本不会出现伽利略的"科学推理"，自然就不能得出"如果不计空气阻力，轻重物体的自由下落速度是相同的"结论。
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我提出的理论如下: 《万有引力定律作用机制的宇宙风假说》《中微子——反中微子超旋统一场论》《相对风物理学》《光的速度是从哪里来的？》《原始火球的超级恒星结构模型》《太阳系起源的黑子胚胎假说》《太阳黑子的大规模旋转等离子体热对流模型》