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伪科学量子力学
测不准原理不成立 分析 海森伯Υ射线显微镜实验中，对于用显微镜能观察到的电子，光量子必须 被散射到角度2ω之内。 位置测量的不确定量 ⊿X =λ/2sinω ⑵ 中的⊿X为物平面上很接近而刚能为显微镜观察得到的两点间的距 离。⊿X也就是显微镜的分辨极限。 显微镜不能观察到尺寸比分辨极限⊿X小的物体。因此，对于 用显微镜能观察到的电子，电子的尺寸必须比显微镜的分辨极限⊿X 大。 但是，如果电子的尺寸比显微镜的分辨极限⊿X大，电子就不 会在⊿X内。⊿X也就不能被认为是能为显微镜观察得到的电子的位置测量的不确定量。⊿X只能被认为是不能为显微镜观察得到的电子的位置测量的不确定量。 ⊿X联系的是尺寸比显微镜的分辨极限⊿X小，不能为显微镜观 察得到的电子。 ⊿Px联系的是尺寸比显微镜的分辨极限⊿X大，能为显微镜观 察得到的电子。 因此，⊿X和⊿Px联系的不是同一电子。 虽然量子力学不涉及物体的尺寸大小，但是在海森伯Υ射线显 微镜实验中，由于显微镜的使用必然涉及到物体的尺寸，而且真实物体都是有尺寸大小的，因此显微镜观察到的都是有尺寸的物体，所观察到的物体的尺寸都比显微镜的分辨极限⊿X大，因而也就不存在所谓的位置测量的不确定量⊿X。 由此得到，我们观察到的都是有确定位置的电子，⊿X = 0。 ⊿X = 0来源于显微镜的观察结果只有两种：观察得到或观察不到。不存在既观察得到又观察不到这第三种结果。观察得到就是 ⊿X = 0，观察不到就是⊿X 〉0 。 因为对于用显微镜能观察到的电子，电子的尺寸必须比显微镜的分辨极限⊿X大。也就是我们观察到的都是有确定位置的电子， ⊿X = 0。 所以粒子位置测量不确定度必须为零，即⊿X = 0，才能测量粒子的 动量。在海森伯Υ射线显微镜实验中，既知⊿X = 0，那我们只须测 量粒子的动量，而粒子的动量是可以精确测量的，即⊿Px = 0。 得：⊿X·⊿Px = 0。 测不准原理不成立 对历史上两个得出测不准原理的理想实验进行再分析，发现这两个理想实验并不能得出测不准原理。 理想实验 Ⅰ 海森伯Υ射线显微镜实验 显微镜的分辨本领的表示式为 λ/2sinω （在空气中） ⑴ 其中λ为所用的光的波长，2ω为透镜的直径在物点所张的角，因此任何位 置测量都包含有物平面的X方向上一个不确定量 ⊿X=λ/2sinω ⑵ 若一个波长为 λ而动量为h/λ 的光子沿 X轴射到一个电子 处，电子在X方向的动量分量为Px。，则在碰撞前之总动量为 π=h/λ+ Px。 ⑶ 对于用显微镜能观察到的电子，光量子必须被散射到角度2ω 之内，即PA与PB（极端向前散射与极端向后散射，见图1）之间的 某个方向，其波长由于康普顿效应相应地在λ′与λ″之间，因此， 被散射的光量子的动量X分量处于 - hsinω/λ′与+hsinω/λ″ 之间。 如果用Px′和Px″相应表示在这两种极端的散射情况下电子动量的X分量，那么动量守恒就要求 Px′-hsinω/λ′=π=Px″+hsinω/λ″ ⑷ 或 Px′-Px″=⊿Px =2hsinω/λ ⑸ 其中用λ代替了λ′和λ″，因为我们只对数量级感兴趣，由于无法 —— 这是整个事情的关键 —— 精密判明光量子究竟被散射到角2ω内的哪个方向，碰撞后电子动量的X分量的不确定性不能更小了，这个⊿Px和⊿X一起，使得不能对碰撞后（换句话说测量之后）的粒子轨道作任何准确的确定或预言，显然 ⊿X·⊿Px ≈ h ⑹ 再分析 上述理想实验中，对于用显微镜能观察到的电子，光量子必须被散射到角度2ω之内。 位置测量的不确定量 ⊿X =λ/2sinω ⑵ 中的⊿X为物平面上很接近而刚能为显微镜观察得到的两点间的距 离。⊿X也就是显微镜的分辨极限。 显微镜不能观察到尺寸比分辨极限⊿X小的物体。因此，对于用显微镜能观察到的电子，电子的尺寸必须比显微镜的分辨极限⊿X 大。 但是，如果电子的尺寸比显微镜的分辨极限⊿X大，电子就不会在⊿X内。⊿X也就不能被认为是能为显微镜观察得到的电子的位置测量的不确定量。⊿X只能被认为是不能为显微镜观察得到的电子的位置测量的不确定量。 ⊿X联系的是尺寸比显微镜的分辨极限⊿X小，不能为显微镜观察得到的电子。 ⊿Px联系的是尺寸比显微镜的分辨极限⊿X大，能为显微镜观察得到的电子。 因此，⊿X和⊿Px联系的不是同一电子。 虽然量子力学不涉及物体的尺寸大小，但是在海森伯Υ射线显微镜实验中，由于显微镜的使用必然涉及到物体的尺寸，而且真实物体都是有尺寸大小的，因此显微镜观察到的都是有尺寸的物体，所观察到的物体的尺寸都比显微镜的分辨极限⊿X大，因而也就不存在所谓的位置测量的不确定量⊿X。 由此得到，我们观察到的都是有确定位置的电子，⊿X = 0。 ⊿X = 0来源于显微镜的观察结果只有两种：观察得到或观察不到。不存在既观察得到又观察不到这第三种结果。观察得到就是 ⊿X = 0，观察不到就是⊿X 〉0 。 因为对于用显微镜能观察到的电子，电子的尺寸必须比显微镜的分辨极限⊿X大。也就是我们观察到的都是有确定位置的电子， ⊿X = 0。 所以粒子位置测量不确定度必须为零，即⊿X = 0，才能测量粒子的 动量。在海森伯Υ射线显微镜实验中，既知⊿X = 0，那我们只须测 量粒子的动量，而粒子的动量是可以精确测量的，即⊿Px = 0。 得：⊿X·⊿Px = 0。 理想实验 Ⅱ 粒子单缝干涉实验 设想一个“粒子”，原来在Y方向运动，穿过一个宽度为⊿X的狭缝，因此其位置在X方向的不确定量为⊿X（图2）。它在狭缝后面发生了“干涉”。从波动光学得知，干涉图样的第一极小值所在的角度α由 SINα=λ/2⊿X 给出，其中λ为所用的波长，因为 SINα=⊿P/P 及 λ=h/P 于是就得出测不准原理： ⊿X·⊿P≈ h。 再分析 根据牛顿第一运动定律，如果“粒子”在X方向上没有受到外力作用，它将保持匀速直线运动状态或静止状态，而且在理想实Ⅱ 中“粒子”原来在Y方向运动，因此我们可从它在出发点的位置知道它在狭缝的位置。 它在狭缝的位置是可以根据牛顿第一运动定律及它在出发点的 位置确定的。 其位置在X方向的不确定量⊿X应当为零，即⊿X = 0。 根据牛顿第一运动定律，如果“粒子”在X方向上没有受到外力作用，它将保持匀速直线运动状态或静止状态。在理想实验Ⅱ中 “粒子”原来在Y方向运动，因此动量在X方向的不确定量⊿P应当为零，即⊿P = 0。 因此得出：⊿X·⊿Px = 0。 只要承认微观物体有匀速直线运动状态或静止状态，牛顿第一运动定律就适用于微观世界。 但微观世界不可能没有匀速直线运动状态和静止状态，因此牛顿第一运动定律适用于微观世界。 上述理想实验Ⅱ认为狭缝的宽度⊿X就是“粒子”的位置测量的不确定量。但是，狭缝的宽度⊿X与位置测量的不确定量之间并没有必然的逻辑关系。 我们没有理由认为该实验中“粒子”一定具有位置测量的不确定量，而且没有理由认为狭缝的宽度⊿X就是“粒子”的位置测量的不确定量。因而从该实验得出的测不准原理（ ⊿X·⊿P≈h ）是不合理的。 结论 从上面的再分析可知，测不准原理的理想实验论证不成立。 参考文献 雅默，量子力学的哲学，秦克诚译，商务印书馆，1989，P77—P79 量子力学认为“光子和电子发生碰撞,电子必定受到了影响”，结果无法测准电子的位置，“光子和电子发生碰撞,电子必定受到了影响”，只有“光子不和电子发生碰撞,电子才不会受到影响”。 光子和电子发生碰撞是电子受到影响的原因。 那么可以推出： 如果“光子不和电子发生碰撞,电子没有受到影响”，结果是可以测准电子的位置。 无法测准电子的位置的原因是“电子受到了影响”，如果“电子没有受到影响”，结果将是可以测准电子的位置。 但如果“电子没有受到影响”，又怎样能够测量？更别说测准！ 量子力学把无法测准电子的位置的原因归咎于“光子和电子发生碰撞,电子必定受到了影响”显然是愚蠢的。 单个粒子不具有波动性 通过对实验的定性分析，指出单个粒子具有波动性的认识是与 实验结果及能量 — 动量守恒定律相矛盾的，并对单个粒子的类波 行为作出了解释。 显微镜实验 显微镜不能观察到尺寸比其分辩极限小的粒子，如果认为单个粒子具有波动性，则如果它的徳布罗意波长比显微镜的分辩极限大，显微镜就能观察到它，但这样的推论是不符合实验事实的：显微镜只能观察到尺寸比其分辩极限大的粒子，与粒子的徳布罗意波长没有关系。 双缝干涉实验 Ⅰ 如果单个粒子具有波动性,那么一个粒子在通过双缝后就会产生干涉图像，但实验结果是一个粒子在通过双缝后只会产生一个斑点。 只有在大量粒子通过双缝后才会产生干涉图像。 Ⅱ 在双缝干涉实验中，单个粒子被认为同时通过双缝并且和自身发生干涉，因而认为单个粒子具有波动性，而且认为波动方向就是粒子的运动方向，同一时刻粒子只有一个运动方向，也就是只有一个波动方向。 设想某一时刻一个粒子向着一条缝隙运动，如果认为粒子只是通过这条缝隙，则不能认为单个粒子具有波动性；如果认为粒子同时通过两条缝隙，因而认为单个粒子具有波动性，但同一时刻粒子就会有两个运动方向，也就是有两个波动方向。这显然是和同一时 刻粒子只能有一个运动方向，也就是只能有一个波动方向相矛盾的。 Ⅲ 在双缝干涉实验中，关闭其中的一条缝隙，并且向着这条缝隙 发射一个粒子，根据牛顿第一运动定律，如果粒子没有受到外力作用，它将保持匀速直线运动状态或静止状态，粒子不能通过这条缝隙到达屏幕。如果粒子不能到达屏幕，那么单个粒子不具有波动性。如果认为单个粒子具有波动性，它将会有一定的几率到达屏幕，这等于认为粒子在没有受到外力作用的时候能够拐个弯通过打开的缝隙到达屏幕，这显然是违反能量 — 动量守恒定律的。 对单个粒子的类波行为的解释 在双缝干涉实验中，如果只打开一条缝隙，某些地方是粒子可以到达的，但是两条缝隙都打开时，这些地方变成粒子不可以到达的。这些强度为零的地方带给粒子图像最大的困惑。 但是，如果我们考虑到粒子可能经过两次或者多次的反射，则可以消除这些强度为零的地方给粒子图像带来的困惑。 设想当关闭其中的一条缝隙时，那些向着这条缝隙运动的粒子是不能通过这条缝隙到达屏幕的，但是它们可以从这条缝隙经反射后回到粒子源，再经粒子源反射后，通过打开的缝隙到达屏幕，而这些地方刚好是两条缝隙都打开时粒子不可以到达的。因为路径不同，因而强度为零。粒子的类波行为可以在粒子范畴内得到解释。 实验的检验 上述解释可以通过实验的检验，把向着关闭的缝隙运动的粒子全部吸收，则屏幕将会产生类似于衍射的条纹，但衍射现象对于粒子图像还是适合的。 对戴维逊—革末实验的解释 戴维逊—革末实验是证明单个粒子具有波动性的实验，它经常被认为证明了单个粒子的动量P和它的徳布罗意波长λ具有下列关 系：P=h/λ。 然而，因为上面的分析，我们认识到单个粒子不具有波动性，只有大量粒子才具有波动性。为了解释戴维逊—革末实验，单个粒子的动量P和它的徳布罗意波长λ必须具有下列关系：nP=nh/λ， 其中“n”代表大量粒子。nP=nh/λ和P=h/λ在数学上是一致的。 因此这条公式能够定量地解释戴维逊—革末实验。 如果认为P=h/λ的观点是正确，也就是认为单个粒子具有波动性，但是这样是不符合实验结果及违反能量 — 动量守恒定律的。 结 论 单个粒子不具有波动性，单个粒子的类波行为归因为它的出发点及 运动路径。 量子力学的成功是偶然的，因为一个粒子到达屏幕的几率和大量粒子中有一个粒子到达屏幕的百分率有时侯在物理上和数学上是 一致的。 作者： 龚炳新 |