量子力学之谬

量子力学之谬

曲昭伟

吉林大学教授博士生导师

一、引言

量子力学被称为现代科学的基础，它和相对论一道被称为二十世纪物理学的两大里程碑。

在现代科学研究中，人们已经形成了这样的思维定式：先提出一个理论，然后做一个预言。一旦这个预言被证实了（哪怕是所谓的证实），就证明这个理论是对的。如果这个理论是由一个权威提出来的，那么以后就只能不断去证明它是对的。证明它不对的文章，永远也不能发表了。

一个理论的对错取决于它到底错没错，而不是一味地说它多么成功，更不要说物理学家建立它一定是有根据的。当初提出地心说也是有根据的。在一个理论之上建立的其他理论的多少以及获诺奖的多少也绝对不是该理论是否正确的依据。一个理论到底错没错搞清楚了，成功属不属于它自然就有答案了。如果一个理论的根基都错了，再说什么自恰或被多少个实验证实了，都是荒唐的。这是最基本的逻辑。

科学讲究逻辑+实证，逻辑在先。合乎逻辑的，它反映的未必是客观世界的真实情景，还必须要经过实证。不合乎逻辑的，一定是错误的，根本无需实证。说不合乎逻辑的理论通过了实验验证，因而认为该理论是正确的，是十分荒唐的。要证明一个理论是对的，一千个例子也不够充分。要证明一个理论是错的，只要证明它不合逻辑或举出一个反例足矣。

爱因斯坦为什么要寻找隐变量？当表示一个粒子状态的变量全部给定或测定后，这个粒子的状态就唯一确定了。当表示一个粒子状态的全部变量中有没有给定的变量时，比如给定了位置、速度，没有给定加速度，那么这个粒子的状态就没有完全确定，不同的加速度对应着不同的状态。你在给定位置测得给定速度的粒子可能对应不同的加速度，即对应不同的状态。实验测得的不同状态要么是不同粒子的状态，要么是同一粒子不同时刻的状态，并不是同一物体同一时刻对应多个状态，更不是什么隐变量取不同值造成了同一粒子状态变量取不同值。爱因斯坦一面说上帝不掷骰子，一面因所谓的叠加态去寻找隐变量，这本身就是自相矛盾的。他因此败给了玻尔也就不奇怪了。

二、量子力学基础中的问题

我下面要谈的是量子力学基础中的问题，包括哥本哈根学派的解释问题，但不仅仅是哥本哈根学派的解释问题。

1. 关于量子

由于Wien的黑体辐射公式在低频部分与实验结果有明显偏差，Planck提出了一个新的黑体辐射公式（Planck公式）。他发现，如果作如下假设，就可以从理论上推出他找到的黑体辐射的公式。这个假设是：对于一定频率 的电磁辐射，

物体只能以hν为单位吸收或发射它。即吸收和发射只能以“量子”方式进行。

爱因斯坦为了解决光电效应问题进一步提出了光量子概念，每个量子的能量=。

为E hν

有人说，量子是最小能量单位。频率不同，对应不同的能量，哪种频率对应的能量最小呢？

有人说量子是最小粒子，分子、原子、电子、……，何为最小粒子？如果最小粒子同时处于多个状态，由它组成的粒子就会同时处于多个状态，出现在多个位置，甚至出现“残缺”的物体。那么人会同时出现在多少个地方？还会有残缺的人？

普朗克为什么要提出量子化？爱因斯坦为什么要提出光量子？一句话，源于对光的误解。光本来就是粒子，却因为所谓干涉而把它当成了波。而波又解释不了黑体辐射和光电效应，所以又说它是光子。这就是光既是粒子又是波这个荒唐结论的由来。人们以为，光既是粒子又是波，解决了干涉和光电效应的矛盾，实际上是和两者都矛盾。既然是粒子，为啥有干涉？既然是波，为啥有光电效应？

2. 关于粒子和波

波即波动，它是一种运动形式，是状态变化的传播。运动形式不能是粒子，粒子也不能是运动形式。单个粒子可以运动，但它无论怎么运动，都不是波。空间一个点的电磁场无论怎么变化，都不是电磁波。波通常是大量粒子或空间多个位置场的集体行为表现，是状态变化在空间上随时间的传播。粒子和波根本就属于不同范畴。

3. 关于宏观和微观

宏观和微观是个相对的概念。相对原子来说，沙子就是宏观的。相对宇宙来说，沙子又是微观的。宏观和微观，没有一个明确的尺寸界限。你若给出一个尺度界限，那么比它大无穷小的东西是宏观的还是微观的呢？再大无穷小呢？如此进行下去，地球岂不是成了微观的？

宏观和微观也不能根据人的眼睛来划分。规律是客观的，不以人的眼睛分辨率为转移，不会因看不见摸不着而有不同规律。如果人的眼睛进一步进化，规律不会随之而改变。

既然宏观和微观是相对的，哪来宏观规律和微观规律呢？无智的粒子怎么知道自己是遵循宏观规律还是微观规律呢？

4. 关于概率

学过概率的都知道，多大样本量才能准确验证一个概率事件的概率呢？应该是无穷多个样本。通过一个粒子一个时刻的状态是不可能获取多个状态的概率的。

概率大的事件未必一定发生，概率小的事件未必一定不发生。不管事件的概率大小，一旦它出现了，就意味着其他概率事件没出现。多个概率事件不能在一个粒子身上同时出现。始终同时出现在一个粒子上的各个概率事件（这是不可能的）的概率都应该是100%。概率不是100%的，意味着没有始终出现。没有始终出现的，不可能同时出现。这是最基本的概率知识和最基本的逻辑。你抛出一枚硬币，落地后它总有一面朝上（假设没有第三种状态发生）。如果你始终不动这枚硬币，朝上的面一直会朝上，但我们不能说这个面朝上的概率是100%，也不

能说抛出的硬币始终是这个面朝上，因为这只是抛一次的结果。两个面朝上的概率依然是各50%。抛硬币的概率是按次数统计的，而粒子状态概率是按时间统计的。

5. 关于状态

状态可以用一组状态参量来表示，可以把它写成一个一维数组，表示成一个向量。给出一组数值，即给每个状态参量一个值，状态就被唯一确定了。状态具有排他性，粒子处于一个状态，就意味着它没在别的状态。多个粒子可以同时处于多个不同状态，一个粒子不同时刻也可以处于多个不同状态，但一个粒子同一时刻只能处于一种状态，即状态不能叠加。实验测得的粒子处于不同状态，都是不同粒子的状态或同一粒子不同时刻的状态，没有人同时测得一个粒子同时处于多种状态。说没测量时处于多种状态，一旦测量就坍塌到一种状态，是无法验证且不合逻辑的。这纯属诡辩，而不是科学。

6. 关于德布罗意假说

由于光的干涉和衍射，人们认为光是一种波。根据光电效应，人们又认为光是粒子。那么到底光是粒子还是波呢？如果说是粒子，和干涉衍射相矛盾；如果说是波，和光电效应相矛盾。最后只好说光既是粒子又是波。这其实是一种无奈的选择。看上去似乎和干涉、光电效应都不矛盾，实际上是和两者都矛盾了。既然是粒子，为啥有干涉？既然是波，为啥有光电效应？

德布罗意认为，光波既然能是粒子，那么粒子也可以是波。因此提出了德布罗意物质波假说：E h ν=， /p h λ=

在德布罗意这个假说中，他完全照搬了光的能量和频率成正比的关系。 薛定谔方程是为了满足2/2E p m =而建，是根据2/2E p m V =+而推广的。 根据2/2E p m V h υ=+=，当随意选取势能零点，使2/2V p m <-时，就有0E < ,从而0υ<。粒子怎么能以负频率波动呢？

为什么会出现这样的结果？2/2E p m V =+是定义，肯定没错，是德布罗意假说E h υ=错了。

我在这里谈薛定谔方程的建立和推广，就是为了防止有人说2E mc =是相对论能量。

7. 关于薛定谔方程

为什么会出现薛定谔方程呢？既然粒子也是波，人们认为，那它自然应该满足波动方程。

当把自由粒子的平面波函数)=A ()(x,t e i kx t ωψ-

代入经典波动方程 t)t)22222

(,1(, A x A x x c t ∂∂=∂∂时， 得到 ck ω=