李新民量子力学诠释一 量子力学诠释的意义 解决量子力学的基础问题，弄清理论所表达的意义，自量子力学诞生近一百年时间里，有一大批杰出的物理学家为量子力学诠释努力，至今没有一个实在论的诠释和统一的认识，使得很长一段时间没有多少物理学家愿意研究这个问题。并不是说明这个问题已经解决或无关紧要，它是现代科学所面临最严峻的问题，最重大，迫切需要解决的问题。只是因为问题太难，没有多少科学家能耐得住那样的寂寞或默默无闻。然而，一直有很多追求真理的人在长期追寻这个问题，他们怀着纯洁的目标，勇敢地蔑视潮流，向着最困难，也是最基本的问题不停地探索。近年来，各种量子计算，量子模拟，量子逻辑网络等等，已经发展为专门的学科；量子计算机如果实现，必将为生产，生活，科学研究带来新的革命性的飞跃；相干性，纠缠是量子信息，量子计算机的基础。但是量子测量，环境等的影响又要使量子体系退相干，妨碍量子计算机的制成。当我们对量子测量，纠缠，退相干的本质有了根本的理解以后，量子计算机才能如愿实现。面对这些，一些跨国公司，大学和研究所等团体纷纷加入了角逐，又有大批的物理学家，科学哲学家投入了对量子力学本质的揭示。我赞同：“科学只不过是我们用以描述我们行为和日常事物的寻常语言的延伸”，科学对世界的认识和描述与人们寻常对世界的认识和描述没有什么明显的界线。记的在中学学习“振动与波”时，我向老师提出：“所有的往复运动都可以用波来进行描写”，被老师认为是对物理的疯狂理解。就是这种理解，当我接触到量子力学时，使我解读了量子密码，给量子力学一个实在论的诠释。很多人在寻求量子力学诠释时，往往（主观先入地）把量子力学认定为原理理论。这是所有寻求量子力学本质科学家的通病，使得无人能读懂和理解量子力学，无人知道量子力学的物理图景。我们知道，科学理论分为两类：原理理论和构造理论。原理理论一定是普适的，能用于自然万物，它是我们描述自然的语言。世界是统一的，原理理论也必须是统一的，两个原理理论必须是统一的原理支持。构造理论是以某种模型或函数，方程描述特殊现象的理论。如，电磁场理论，电子理论和现代基础科学的大多数理论都是构造理论，现代科学的两大基础量子力学和广义相对论也是构造理论，就是这个原因使量子力学与相对论无法得到统一。用构造理论描述自然肯定会出现困难，甚至荒诞。广义相对论是将物理问题转化为数学几何问题进行等效计算的；它是将空间引力问题转化为，以时间为函数的空间运动几何模型进行描写的，这是一种方法的转换，不是空间的本质。同样，量子力学也是一种将物理问题转换为数学问题的一种方法的变换，这就是我对量子力学的理解李新民量子力学诠释。 量子力学形式体系建立后，寻求形式体系诠释的问题，苦恼了整个科学界和科学技术哲学界，至今还没有一种所谓绝对标准诠释，其原因是波函数没有相应的物理图像和量子框架无法相容量子测量问题。在量子力学中，海森伯不确定关系，动力学算符，波函数和薛定谔方程都含有德布罗意波的物质信息和经典波函数的周期振动性质。从数学上讲，量子力学波函数和方程同经典波动力学没有本质的区别；从物理上讲，量子力学波函数和方程携带有粒子能量，动量等信息，而经典波动力学则不带有这些信息。如果将德布罗意能量，动量等物理量同经典波动力学相结合，就形成量子力学。将量子测量问题排除在量子力学形式体系之外，就消除了量子力学还原问题的三大死结，打通了还原之路，将量子力学和经典力学统一在一个理论体系中。量子力学理论体系的真正确立是由德布罗意波的引入开始的，这时量子理论体系具有了力学的基本性质，动力学变量，算符和方程都赋予了物质粒子的动力学性质，从数学变换转化成物理作用。德布罗意波沟通了宏观与微观的对话，是通向量子还原中的一座精美之桥。笔者的解读量子力学一文率先走上了这座还原之桥，将量子力学还原到经典波动理论之中，使量子力学和经典力学得到完美的统一。在科学哲学中，还原论的终极目标是科学的统一，所以它的含义主要是建立理论之间的一种关系。物理学家一直试图把经典力学统一在量子力学体系中，而现在情况恰恰相反，量子力学被经典力学所统一了。这种情况是物理学家意想不到的，也是不情愿的；一个成功描述微观世界的量子力学竟是一个唯象的理论，竟被经典力学所统一。量子测量问题已超出了量子力学理论体系。量子测量问题一方面和量子理论体系有某种关联，另一方面又和空间的本质分不开。空间的本质已不是量子力学体系所能相容的，空间的本质是科学大统一的问题，是世界的本源和本质的问题。由于空间的本质问题还没有搞清楚，量子测量问题自然也就得不到解决。量子测量问题是真空的本质问题，笔者的解读量子力学一文认为系统的1f低频噪声是空间能量的一种状态，是形成退相干和波包坍缩的本质。量子力学不包括测量部分是完备的，逻辑统一的。将带有空间本质的量子测量问题统一在一个理论中，必然是不完备的，出行主观意识介入的量子力学诠释是难免的。解读量子力学一文有可能是代表中国人率先完成量子大还原的。 量子力学是20世纪人们的视野进入到原子世界的产物，它是处理原子尺度以下客体最有力的工具。量子力学的建立是科学发展最伟大的一个里程碑。它的应用导致了原子能，激光和半导体等许多重大技术发明。在理论上，极大地促进了基础科学的发展，使之成为现代科学的基础。然而，对量子力学及相关问题的物理解释，量子力学是完备的理论吗？量子力学是否是在一定条件下的理论近似?有关这些量子力学的思想基础和理论诠释，包括量子力学创立者在内的许多物理学家并没有统一的认识。特别是以量子力学测量问题为核心，关于量子力学的思想基础和基本问题诠释的争论从来就没有停止过。近百年来，涉及量子力学基础的这些问题一直牵动着杰出物理学家的心，牵动着量子哲学家的心。近年来，针对量子计算机和量子信息带来的前景，世界各部门的物理学家，跨国公司，大学和研究团体多么希望，多么迫切的想从根本上给出量子力学的诠释啊！这不仅仅是一项科学的竞赛，不仅仅是一项科学圣果的争夺战，更是一场决定一个国家，跨国公司，大学和研究机构利益和前途的大决战。如果那一个国家率先将量子信息实用化，将会改变世界战略格局。 量子力学思想和传统的经典观念相距太远，在经典力学中，物理学家们已经习惯于那种准确预言一切事物的思想，即使目前尚不能严格推断出事物今后的状态，即坐标和动量，也只是因为工具不足，而不是在物理上存在一些不能闯入的“禁地”。但是，量子力学迫使人们把这些过去认为天经地义的金科玉律全部推翻或抛弃，而代之以预言今后各种事物发生的概率。一般说来，如果最好的实验也无法准确预言将会发生什么事，而只能预言这些事情发生的可能性，即概率，这极不符合我们以往了解自然的思想。量子力学所展示的微观世界图景完全不同于经典物理“精确性描述”的物质世界，通过测量感知的信息，具有令人捉摸不定的随机性：最令人捉摸不定和疑惑的是物质粒子具有两个存在态，粒子态和波动态吗，即所谓的“波粒二象性”。围绕量子测量问题，人们提出了一些量子力学诠释相关的基本问题，如1量子测量是否真的引起被测量子系统不可逆的改变波包坍缩？进而，量子测量的结果是否依赖人们对微观世界的“主观介入”。2量子退相干能否给出更普适的量子力学诠释，从根本上解决量子力学测量问题？ 二经典波的本质 所谓量子力学诠释问题，指的是量子力学数学形式的物理实质究竟是什么。波函数是否已经完备地描述了微观客体的运动状态，这一直是个争论不休的老问题。量子力学主要是建立在波粒二象性和德布罗意（L.de.Broglie)假设这两个迷的基础上的，量子力学是在迷的基础上建立的，使得量子力学一个谜套着一个谜；至今也没有一个物理学家能真正理解量子力学。要读懂量子力学，给出量子力学真实的物理图像，首先要弄清楚波是什么？客观存在的波和理论描述的波有什么不同？ 人们普遍认为：波是带有一定频率，波长和振幅的粒子或光的（轨迹）运动，如光波是一条线或一球面，以一定频率，波长，有一定波峰间距向前运动的光线或光球面，这样给出光前进的物理图像是完全错误的。光运动是前进的矢量直线或沿着波射线方向膨胀的球面，根本看不到波峰，波长和频率。其波峰，波长和频率是光膨胀力周期变化的图像，不是光运动形式或显现出的图像；它是理论图像，不是客观运动的图像。这是将光子轨迹运动转化为光子膨胀力周期变化的振动来描述的，即不去寻求光子的运动方程，而改用简谐振动波的形式对光动进行描写。波动是因转换描述方法后出现的理论图像，不是物理图像，客观世界根本不存在波动的运动客体。我们知道单摆不是什么波，而是摆锤的左右摆动，摆锤受重力的周期变化可以用简谐波函数（三角函数或复三角函数）来描述。单摆的物理图像是：摆动是客观存在的，波动是理论存在的。下面就机械波和光波的本质给予描述。 在介质中 对弹性介质施加一个力，在作用点处的一些分子空间被压缩，介质有恢复应力和弹性模量，这些分子的恢复应力向四周相邻分子传递应力，使作用力传递下去，形成力在传播中大小的波动，恢复应力的传递是全方位的，所以机械波不仅是横波和纵波的混合波，而是全方向的混合波，因此介质的弹性模量和密度决定了机械波的速度和传播距离。应力是向相邻的分子逐个传递的，一个分子的力只能传递到第n个分子，第一个分子到底n个分子间介质的距离就是半波长。随着时间的推移，第一个分子的力逐渐小或0，第二个分子的力变为极大，第二个分子的力最远传递到第n+1个分子，力的传播随时间在波前方以波形的大小前进并向四周传播。介质分子的恢复应力以球面波的周期振动形式在介质中扩散，从而形成机械波。在介质受力点的法线方向，即波射线方向，恢复应力形成一条周期变化的振动图像，用简谐函数（三角函数或复三角函数）就可以描写。机械波是恢复应力作用于介质产生周期振动的结果；同时，机械波是将周期变化的恢复应力转化为三角函数来描写，即机械波不是波，它是介质的周期振动，波是理论图像；它是将周期振动的介质转化为周期变化的恢复应力来进行描写，波表现为恢复应力周期变化的曲线。在同一介质中，两列同一大小的应力波（相向）相遇在某一区域时作用力抵消表现为驻波；相同方向的力传播在某一时刻和区域叠加产生共振。机械波的传播是时间的函数，在某一时间间隔内，迎着波源所感受的很多波，其波峰数大于静止和相反运动的源的数，好像有一条波的波长变短了，频率增高了；也就是说不是迎着波源一条波频率会增高，而是很多波的效应，这就是多普勒效应。 光和电磁波等辐