国际会议用论文摘要

Abstract

Quantum Mechanics in Dual 4-dimensional Complex Space-Time and the Ontological Basis of Wave Function

               Guoqiu Zhao

Huazhong university of science and technology - WISCO joint laboratory

Abstract Micro-object is both particle and wave, so the traditional Particle Model (mass point model) is actually not applicable. In order to describe the motion of the micro-object, we have extended the definition of time and space and obtained the spatial degree of freedom hidden by the particle model. We say that micro-object is like a rotating field-matter-ball, which has four degrees of freedom including one surface curvature degree and three mapping degrees in the three-dimensional phenomenal space.All the degrees are described by four curvature coordinate components, namely “k₁, k₂, k₃, k₄”, which form the imaginary part of a complex phase space, respectively. While as to the real part, we use “x₁, x₂, x₃, x₄” to describe the micro-object’s position in our real space. Consequently, we build a dual 4-dimensional complex phase space whose imaginary part is 4-dimension k space and real part is 4-dimension x space to describe the micro-object’s motion. Using the motion of the rotating field-matter-ball in the complex space, we derived the de Broglie wave expression. Furthermore, we say that wave function can describe the information of a field-matter-ball’s rotation & motion and also matter-wave can spread the information of micro-object’s spatial structure & density distribution. Matter-wave and probability-wave can transform to each other by the Fourier transform, though matter-wave is a physical wave. The non-point property is the basic source of the probability in Quantum Mechanics.

Dual 4-dimensional space-time quantum mechanics: Dual 4-dimensional space-time quantum mechanics gives the wave function physical reality explanation. In quantum measurement, the collapse of the wave function is accompanied by the collapse of space-time. Thus we can say the Fourier transform has a new physical meaning and the probability density distribution and the matter-field density distribution can translate to each other. Matter tells space-time how to have a probability property, space-time tells matter how to make a probability motion. It is possible to obtain good conceptual clarity and physical realism understanding of quantum entanglement, quantum communication and stealth transmission.

In a word, the basic idea of dual 4-dimensional space-time is:

1.Along the tradition which Kaluza-Klein started , Pauli's deduction of gauge fields,We attempt

to derive the probabilistic characteristics of quantum physics from more complex space-time structures that dual 4-dimensional space-time so that providing an interpretation of realism for quantum physics .

2.The more complex space-time structure,dual 4-dimensional space-time,is constructured under the 

constraints of the probabilistic characteristics of quantum phenomena.Its reality remains to   be confirmed , just as Minkowski's 4-dimensional space-time reality is confirmed by the development of subsequent physics .

3.The appearance of quantum physics,therefore,has given us a clearer understanding of the richness and complexity of the space-time structure.And the construction of dual 4-dimensional space-time also has provided an objective ontological basis for quantum physics .

论文链接：

[1].Guo qiu Zhao, Describe quantum mechanics in Dual 4 d complex space-time and the ontological basis of wave function,2014. Journal of Modern Physics, http://www.scirp.org/journal/jmp，RCCSE.

[2] .Guo qiu Zhao 《Quantum Mechanics Foundation in Dual 4-Dimensional Space-Time —Space-Time Origins of  Quantum Probability》Published by Scientific Research Publishing, Inc. ISBN: 978-1-61896-202-7

     http://www.scirp.org

[3].Guo qiu Zhao 《Quantum Mechanics Foundation in Dual 4-Dimensional Space-Time —Space-Time Origins of  Quantum Probability》（Chinese version）Hubei science and technology press 2016.6. http://www.hbstp.com.cn

（赵国求，双4维时空量子力学基础——量子概率的时空起源（中文版），湖北科学技术出版社，2016.6.）

[4].Eimal:zhao66@126.com

摘要 微观客体既是粒子又是波，所以传统的粒子模型（质量点模型）不适用。为了描述微观客体的运动，我们扩展了时间和空间的定义，并获得了粒子模型隐藏的空间自由度。我们认为微物体就像一个转动的场物质球，它有四个自由度，包括一个表面曲率自由度和三维现象空间中的三个映射自由度，构成的曲率矢量k用四个曲率坐标分量来描述，即“k₁ k₂ k₃ k₄”，它们分别构成了复相空间的虚部。至于实部，我们用“x₁，x₂，x₃，x₄”来描述微观物体在我们真实空间中的位置。因此，我们构建了一个双四维的复相空间，其虚部是4维k空间，而实部是4维x空间来描述微物体的运动。利用转动场物质球在复空间的运动，我们推导出了德布罗意物质波，因此，波函数描述了场物质球的旋转运动的信息，可以通过物质波传播微观物体的空间结构和场物质密度分布的信息。物质波和概率波数学上可以通过傅里叶变换相互转换（测量的数学变换公式），微观客体的非点属性是量子力学中概率的基本来源。物质波是一种物理波。

双4维时空量子力学：双4维时空量子力学赋予波函数以物理实在性。量子测量中，波函数的坍缩伴随有时空的坍缩。物质告诉时空如何具有概率属性，时空告诉物质如何作概率运动。为此，量子纠缠、量子通讯、隐形传态都有可能得到很好的概念澄清和物理实在论理解。总之双4维时空的基本思路是：

1、沿着Kaluza-Klein的传统，也是Pauli导出规范场论的传统，试图从更复杂的时空结构（双4维时空）中导出量子物理的概率特征，从而为量子物理提供一种实在论的解读。2、更复杂的时空结构（双4维时空）是在量子现象的概率特征的约束下建构出来的，其实在性有待证实，就像Minkowski建构的4维时空的实在性有待后续物理学的发展证实一样。3、所以，量子物理的出现，使我们对时空结构的丰富、复杂有了更为清晰的认识，而双4维时空的建构也使量子物理有了客观的本体论基础。

致谢：感谢曹天予教授的关注与帮助。

国际量子力学基础基金会论坛在线国际讨论会国内讨论要点：

几位学者的提问及赵老师的回复：

1. 双4维时空引入了更多的变量，幕后的另一个4维无非扮演隐变量的角色。

   回复：你说的虚数部分的那4维，实际是点粒子隐藏的空间自由度，不是常规理解的隐变量。倒是有点像弦论隐藏的自由度，都是来自卡鲁扎-克莱因的启发。不过，我们引进了复空间，而不只是增加实空间的维度，徒然增加物理理解和数学运算困难。

   场物质球理论模型与相对论结合，不但没有发散困难，而且能够释放点粒子隐藏的4个空间自由度。我们把微观客体自身应有的自由度挖掘出来，放在8维空间虚部，用双4维时空描述量子力学，目前看来比较经济。量子力学现有体系都可纳入其内，尤其是与相对论不矛盾更为可取。

   更值得关心的是波函数的物理本质在双4维时空量子理论中得到了解决。在双4维时空中波函数是物理波，它是可以由物理模型推出来的，而且与现有量子力学假设形式完全相同。

2. 多粒子纠缠下，双4维是怎么表达的？

   回复:多粒子量子态是可以叠加的，曲率坐际应该虑这个叠加效应，只是坐标的变化更复杂，不影响双4维时空的抽象表达形式。纠缠态当然也应考虑，也不影响曲率坐际的抽象表达。关键是在双4维时空中波函数的表达形式与4维时空中的表达形式完全相同，不影响量子力学的各种计算。

   物理时空具有建构特征，量子力学时空是物理时空，双4维时空同样具有建构特征。而它的具体形式就呈现在波函数的相位之中。多粒子量子态与双4维的关系已经很明确了。

3. 双4维坐标系统与经典量子力学的坐标系统关系是什么？

   回复:你说的双4维到4维的关系，现在可以作出回答。量子测量中，波函数坍缩的同时，时空也坍缩了，从双4维坍缩到4维，我们看到的是点粒子4维时空中的概率分布。

   必须明了，量子力学中多维希尔伯特空间只是一个数学应用空间，无论在双4维空间和4维实在空间都可以操作，但物理性质有所不同。量子测量中是物理空间的坍缩，不存在多维希尔伯特空间的低维投影之说。

4. 几何投影和概率的关系

   回复:这是一个很关键的问题。它相当于球模型向点模型的一种表象变换。这里有时空坍缩，波函数坍缩，物理波向概率波转换等等物理过程。付立叶变换是其转换的数学方法。双4维时空量子力学一书第四篇第一章有详细讨论。这是曹天予老师最为看重的部分。正是，物质告诉时空如何具有概率属性，时空告诉物质如何作概率运动。