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博文

量子力学的以太论诠释

已有 901 次阅读 2021-5-18 17:32 |系统分类:论文交流

The Etheric Interpretation of Quantum Mechanics

摘要:

本文利用新的以太理论对波函数、波函数坍塌、波粒二象性、单电子双缝干涉、不确定性关系、隧道效应、量子纠缠等所有量子现象给予了物理解释,并给出了新的与最新实验结果相符合的不确定性关系式。

Abstract:

In this paper, the physical explanation of all quantum phenomena such as wave function, wave function collapse, wave-particle duality, single-electron double-slit interference, uncertainty relation, tunneling effect and quantum entanglement is given by using the new etheric theory, and a new uncertainty relation which is consistent with the latest experimental results is given.

关键词:

波函数、波函数坍塌、波粒二象性、单电子双缝干涉、不确定性关系、不确定性原理、隧道效应、量子纠缠、量子力学、量子力学诠释

 

1、引言:

量子力学中的一些现象看起来“与我们的常识相违背”,完全说不通。物理学家自然不喜欢这种感觉。量子力学的诠释就代表着许多物理学家试图让量子力学“说得通”的努力。换句话说,它可以理解成物理学家在尝试找到隐藏在量子力学背后的更深层的物理本质。

虽然目前存在多种量子力学诠释,但哥本哈根诠释是主流的诠释,可以这么说,哥本哈根诠释是目前量子力学的一种“标准语言”。哥本哈根诠释包含了以下几个重要的观点:

1、     一个量子系统的量子态可以用波函数来完全地表述。波函数代表一个观察者对于量子系统所知道的全部信息;

2、     按照玻恩定则,量子系统的描述是概率性的。一个事件的概率是波函数的绝对值平方;

3、     不确定性原理阐明,在量子系统里,一个粒子的位置和动量无法同时被确定;

4、     物质具有波粒二象性;根据互补原理,一个实验可以展示出物质的粒子行为,或波动行为;但不能同时展示出两种行为;

5、     测量仪器是经典仪器,只能测量经典性质,像位置,动量等等;

6、     对应原理:大尺度宏观系统的量子物理行为应该近似于经典行为。

 

2、量子力学的以太论诠释

2.1关于波函数

哥本哈根诠释不认为波函数除了抽象的概念以外有任何真实的存在。至少,对于波函数是否是一个独立,可区别的实体的整体或一部分,哥本哈根诠释都不做任何表态。

根据本以太论[1],基本粒子都是由各种场(包括有源场和无源场)和蓄积在场内的以太(能量)构成的。比如电子(正电子)就是由静电场和蓄积在静电场中的以太构成的,光子就是由电磁场和蓄积在电磁场中的以太构成的。因为场可分布于整个宇宙空间,由此可知,基本粒子的大小是与宇宙一样大的。所以,原理上宇宙任意一空间点都可探测到所有基本粒子的存在,波函数Ψ(x,t)描写的几率波其实就是以太波,某个基本粒子在某空间点出现的几率密度∣Ψ∣2其实就是该粒子在该点的归一化的以太(能量)密度。

 

2.2关于波函数坍塌

根据量子力学的哥本哈根解释,量子力学描述微观粒子(比如电子)在空间内的概率分布,在测量之前该粒子到底在空间的哪个位置是不确定的,我们只能通过波函数知道电子在空间某一点出现的概率是多少。但是,一旦测量了,比如说测得该电子在(x,y,z)位置,那么电子有了准确的位置,它在该点的概率为1,其他点的概率为0。也就是说,该电子的波函数在你测量的瞬间坍缩到该点。

下面是本以太论对波函数坍缩的物理解释:由于任何一个电子的静电场都是分布于整个宇宙空间的,而电子就是由电子静电场和蓄积在电子静电场内的以太(能量)构成的,所以电子是与宇宙一样大的,所以我们在空间的任意一点都可以探测到该电子的存在。由于观测电子的过程其实就是发射的光子与被观测的电子相互作用的过程。光子与电子在某点发生相互作用的概率与电子在该点的归一化以太(能量)密度∣Ψ∣2成正比。测量时一旦光子与电子在某点发生相互作用,那么电子的能量在测量的瞬间就向以该点为中心的小空间聚集,电子就完全呈现出其粒子的特性。电子波函数坍缩的现象同样发生在正负电子湮灭的过程中。正负电子在湮灭的瞬间其分布于整个宇宙空间的能量会向湮灭点聚集(波函数坍缩)、在湮灭点消失并释放出能量。由此可知,观测导致的电子波函数的坍缩其实是光子与电子发生相互作用的一种物理现象。由于微观粒子(如电子)对撞或与其它粒子或宏观物体碰撞时都显现出其粒子特性,所以微观粒子在碰撞时也都会产生波函数坍缩现象。

综上所述,波函数坍缩是基本粒子在被其它粒子碰撞时将其能量从全宇宙空间向碰撞作用点四周的小体积内聚集的物理现象。

由于宏观物体是由天文数的基本粒子构成的,而构成宏观物体的全部基本粒子的量子行为(比如说波函数的坍塌)不可能同步进行,或者说同步进行的概率非常小,所以,用波函数来描写宏观物体是没有意义的。所以构成某个宏观物体(比如人体)的所有基本粒子在另一地点同一时间坍缩的可能性在理论上是存在的,但概率几乎为零。所以说,利用量子力学原理实现宏观物体的两地之间的隐性传送是不可能实现的。自然界也许存在这一现象,因为宇宙包含了天文数的宏观物体,在几十上百亿年的时间跨度内,极小概率的事件也有可能会发生。

 

2.3关于波粒二象性

根据本以太论,电子是由静电场和蓄积在静电场中的以太构成的,而且电子的静电场及蓄积在其中的以太是充斥整个宇宙空间的。这种充斥整个宇宙的以太不是静止的而是在波动的,所以,电子具有波动性。电子在波函数坍缩前以波的形式存在于整个宇宙空间。电子一旦与其它粒子(如其它电子或光子)发生碰撞则瞬间坍缩为粒子。所以任何基本粒子在波函数坍缩前都以波的形式存在于整个宇宙空间。一旦与其它粒子发生碰撞则瞬间坍缩为粒子。由于粒子在空间某点坍缩的概率与波函数振幅的平方∣Ψ∣2成正比,所以大量粒子坍缩时会表现出波的特性(比如大量粒子通过单缝会在单缝后面的屏上坍缩出单缝衍射条纹,通过双缝则会在双缝后面的屏上坍缩出双缝干涉条纹)。这就是波粒二象性的物理机制。

 

2.4单电子双缝干涉的解释

根据本以太论,电子是由静电场和蓄积在静电场中的以太构成的,而且电子的静电场及蓄积在其中的以太是充斥整个宇宙空间的。由于这种充斥整个宇宙的以太不是静止的而是在波动的,所以,当这种单电子的以太波通过双缝时是会发生干涉的。发生干涉后的以太密度∣Ψ∣2在屏幕上形成了(不可见的)干涉条文。一个电子在其以太波通过双缝后由于与屏幕发生相互作用,所以必在屏幕上坍缩为粒子(形成一个亮点),而在屏幕上某点坍缩为粒子的概率为∣Ψ∣2。所以当大量电子每次一个地先后通过双缝时,在双缝后面的屏幕上的亮点就会形成干涉条文。

 

2.5关于不确定性关系

这里讨论的不确定性关系(Uncertainty Principle)反映的是微观粒子的内秉性,与测量无关。根据本以太论,不确定性关系(Uncertainty Principle)具体反映的是波函数坍塌时粒子的以太从全宇宙空间向坍塌点收缩时的行为特点,如图2.1、2.2和2.3及公式(2.1)、(2.2)……(2.13)所示。粒子波函数坍塌时,构成粒子的以太(能量)从全宇宙空间向坍塌点收缩。收缩过程某个时间点粒子的能量(以太)随以坍塌点为中心的半径的分布如图2.2和公式(2.5)所示;以坍塌点为中心的某个半径内粒子的能量(以太)与收缩时间满足图2.1和公式(2.2)所表达的关系:


图2.1

 

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在(2.1) 和(2.2)式中α为常数,ET为粒子的总能量,E为测量得到的粒子能量,△t=t-0为测量粒子能量的时间间隔。由△E=ET-E得:

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(2.3)式就是能量与时间的不确定性关系。

显然:

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图2.2

 

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(2.4)及(2.5)式中β为常数,ET为粒子的总能量,E为测量得到的粒子能量,

△r=r-0为测量粒子能量的空间间隔。由△E=ET-E得:

26.png

(2.6)式就是能量与位置的不确定性关系。

显然,

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由于粒子的动量与能量相关:

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上式中mI0为粒子的静止惯性质量。对于光子由于mI0=0,所以(2.7)式为:

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对于一般粒子由于运动速度小,所以有:

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所以(2.7)式可近似为:

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所以,能量与位置的不确定关系(2.6)也可转化为如公式(2.11)和图2.3所表示的动量与位置的不确定关系:

 

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图2.3

 

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显然,

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也就是说当位置的测量精度不断提高时,△P△r→0,这一结果与Masanao Ozawa的实验结果[2]是一致的。

 

2.6关于隧道效应

由于场是不可消除(只能重叠)的,所以基本粒子如电子的静电场可以穿过任何势垒而分布于整个宇宙空间;又由于在势垒外电子照样存在波函数坍缩的概率,所以说电子有穿过任何势垒而存在于整个宇宙空间可能性。这就是隧道效应的物理机制。

 

2.7关于量子纠缠效应

由于基本粒子都是由场和蓄积在场内的以太构成的,所以原理上宇宙中所有基本粒子都是相互重叠在一起的。两个或多个重叠在一起的基本粒子(如光子或电子)如果它们之间产生了某种相互作用而结合在一起了(既形成了所谓纠缠态),那么测量处于纠缠态多个粒子其中的一个所引起的波函数在空间某点的坍缩,必会引起的其它纠缠态粒子波函数在其它空间点的相关联的坍缩。这就是量子纠缠效应的物理机制。

 

2.8用以太量子论解释物体惯性的起源

根据本以太论,每个基本粒子都是由场和以太构成的,而且与宇宙一样大,由此可知宇宙中任何物体都受到宇宙全体基本粒子以太的束缚即物体的惯性除了与物体自身所含能量大小有关外还受到宇宙全体基本粒子以太的影响---马赫原理的物理机制。

 

2.9用以太量子论解释微观领域的光速不变现象

在微观领域当光子与电子相碰撞时光子相对电子的速度为何总是保持光速C?因为光子与电子碰撞时光子及电子的波函数都发生坍塌,光子及电子的以太瞬间向各自坍塌点附近聚集,光子及电子都变成了以太构造体(粒子),所以光子进入电子的以太构造体后会调整其速度使得其相对电子以太构造体的速度为C。

 

参考文献:

[1] 王建安,2018,论以太的存在及其在物理学中的重要地位和作用,中国预印本服务系统:

http://prep.nstl.gov.cn/preprint/main.html?action=showFile&id=2c928282641b5f6b016560ea058e0344

[2] Masanao Ozawa,Universally valid reformulation of the Heisenberg uncertainty principle on noise and disturbance in measurement, Phys. Rev. A 67, 042105-(1--6) (2003)




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