王涛
如何理解量子力学?(22)量子化和全同性
2025-11-7 11:01
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           从上一节的讨论中,我们看到产生湮灭算符和位置动量算符之间的变换,近乎于产生了某种魔力,使得粒子性和波动性之间发生了变换。波粒二象性实际上是根本就不存在的。一个简谐振子的本征波动性,和n声子态,是一个东西。

    在n声子态中,有n个声子,然后就都没有了。这些声子有区别么?没有。它们都是一样的。所以全同性,是二次量子化的结果。返回到一次量子化,就会出现波动性。所以量子化、全同性、波动性,这些概念是有着紧密的联系的。

    n声子态,也叫粒子数表象,这样一来量子一维简谐振子ψn(x)就是n个声子,用|n>来表示。用|>然后在里边加上量子数,叫狄拉克符号。前边那个的模方,是在x处发现简谐振子的概率,这个态中,如果一个一个的拿掉声子,会拿掉n个。

    所以,波动性的对象,和量子,不是一个东西。

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    这个粒子数态,计算起来非常简单,所以在量子力学的研究中,几乎都是用产生湮灭算符这一套来讨论问题。这个关系式,是量子力学的核心计算关系式之一。

    从上边的式子中能看到,湮灭算符作用到n声子态上,作用效果就是拿掉了一个声子,变成了n-1声子态。同样,产生算符作用到n声子态上,作用效果就是加进去了一个声子,变成了n+1声子态。这个产生湮灭算符的作用,就是现实中粒子性的表现。

   这样,我们再回过头来看前边的全同性假设。光子、电子这些粒子都是全同性的。为什么呢?费曼的老师惠勒,给出了一个有趣的答案,就是所有的电子就是一个电子。这是一个美妙的想法。但是很显然没有说准。

   很显然,存在一个和电子对应的特定存在,虽然我们不知道,但是它的振动产生了电子。同样的道理,存在一个和光子对应的特定存在,虽然我们也不知道,但是它的振动产生了光子。我这里不是在制造什么神秘的东西,这是量子力学的基本结论。由于我们就是由这些粒子构成的,所以我们生活在一个粒子数表象中,导致我们无法直接真实的看到波动性的那一面。

   所以,不是光子的自身的波动性,在光子的双缝干涉实验中,也不是一个光子同时穿过两个狭缝,这些表述都是错误的。波动性,是它们对应的特定存在所产生的。

   当然,这个对应存在很神奇。因为在这里产生的电子,和在那里产生的电子都是一样的。哪怕是相聚遥远的两个星系中的电子,也是全同的。所以这个特定的存在,同时的分布在整个宇宙中,好像神灵的琴弦,无处不在。

   这看起来有些神奇,但是是量子力学所直接给出的。

   我们生活在这个世界的粒子数表象中,这听起来有些奇幻,但是这几乎是必然的。

   

    

    

    

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