2个各维时空共轭多线矢组成相应相宇的统计物理学

中国科学院 力学研究所 吴中祥

提     要

由量子力学在迷茫中发展的重要成果、缺陷、错误，及其弥补、纠正，导出：2个各维时空共轭多线矢组成相应相宇的统计物理学。

1.  “量子”的突出提出

1901年普朗克提出了能量“量子”化假设，虽然当年，他并不了解狭义相对论，甚至，当初，还极力反对过，并不能全面认识“量子”。

但是，他提出的，辐射场能量密度，按波长的分布曲线的线性谐振子的能量是不连续的，是一个“量子能量”，hv，的整数倍：En=nhv，(n=1,2,3,…，)，式中v是振子的振动频率，h是普朗克常量=6.62606896，的观点，却符合，按频率v计算各自由度能量平均值的特性、规律。

根据这个观点，由各自由度频率统计的最可几分布得出的平均能量的公式，即导出普朗克公式：u(v,T)dv=8∏hν^3/c^3乘1/(e^(hν/(kT))-1)，就给出辐射场能量密度按频率的分布(如图)。

当hv/kT，在不太高温度、高频范围，的极限条件下，过渡

到维恩公式；在高温温度、低频范围，的极限条件下，趋近于瑞利-金斯公式，而精确地贴合于实验得出的黑体辐射能量分布曲线，圆满地解决了物理学史上的这一"紫外灾难"，而引起了科学界的重视。

2.  一切物体都是4种“量子”之一种，它们各有不同特性和共性

按“量子”是一个有“一定能量”，的粒子而言，现在我们知道：一切物体都有质量都有“一定能量”，在一定的封闭系统内，与其它物体的作用，都可看作其质量集中于其质量中心“一点”的“量子”。

一切电中性物体都是等量正、负电荷彼此中和的结果。

一切带电物体都有相应的电荷量，与其它物体的作用，都可看作其电荷量集中于其中心“一点”的“量子”。

按4维时空动量矢量的特性，就又把“量子”扩展、区分为：由3维空间，其速度/光速，可以忽略，和不可忽略，的2类。

由4维时空矢量的矢算，还认识到：有4、6、12维的各相应不同的力，有各自相应不同的运动质量m与静止质量m0，的关系式，有不同的能级，电中性粒子在不同能级间跃迁就辐射或吸收声子，带电粒子在不同能级间跃迁就辐射或吸收光子。

因而，就又有了：声子、光子，这2类“有一定能量的粒子”即：所谓“量子”。

黑体辐射中热辐射的，实际上，现在，我们知道：只是人眼看不见的远红外光子。

而且，它们又都有4、6、12维矢量的不同特性。

因一切粒子的运动质量m不可能无穷大，声子、光子，的静止质量m0，就必然=0。

静止在不同能级间，大量m0不=0的，电中性量子，跃迁的集体表现，就是相应的振动波，带电量子，跃迁的集体表现，就是相应的电磁波。

大量m0=0的，声子时空相宇，统计的最可几分布函数，就是声波，光子时空相宇，统计的最可几分布函数，就是光波。

光子和声子的静止质量m0=0运动质量m=0/0,它们的各相应物理量的数值都不能由m或m0表达，而须由大量同种光子统计形成的光波或声波的能量hν表达为：质量(光或声)=结合能次从v(光或声)= hν/(c或a*)^2(光或声)，能量(光或声)=物理量hν(光或声)，动量(光或声)= hν/(c或a*)(光或声)，(c或a*)是所在介质的(光或声)速。

静止质量m0=0的量子，光子、声子，的基本特性

已知：静止质量m0=0的量子，光子、声子，分别产生于，静止质量m0不=0的，带电、电中性，量子，从高能级跃迁到低能级，在介质中的速度分别是，c、a*，它们的能量、动量、运动质量，都只能由相应的能量频率和各自的速度，分别表达。

它们还有重要的区别：

大量光子、声子，统计的最可几分布函数，分别只是横波的光波、纵波的声波，分别只能在一定能量范围内，由相应的，电磁感应器件接收和视觉感受、振动感应器件接收和听觉感受。

光子可在真空(或近似真空的太空)中运动，因而，光波可在真空(或近似真空的太空)中传播。

在真空(或近似真空的太空)中光速为(或近似)c0，为常量，c= c0乘n光，n光是所在介质的光折射率，对于均匀介质，为常量，否则，是传送时间，t，和折射率，n光，的函数。

声子不能在真空(或近似真空的太空)中运动，声波也不能在真空(或近似真空的太空)中传播。

以标准大气状态，p0、v0、T0，条件下的声速为a*0，为常量，a*=a*0乘n声，n声是所在介质的声折射率，对于均匀介质，为常量，否则，是传送时间，t，和折射率，n声，的函数。

任何量子的3维空间速度都远小于光子所在介质的光速。

但量子的3维空间速度却可大于声子所在介质的声速，当静止质量m0不=0的量子，的3维空间速度，v(3)=Ma*，M为正整数，称为“马赫数”，其时空动量成为超音速动量：

p(4超)[1线矢]=m0a*(i [0基矢]+M[(3)基矢])/{1-M)^2}^(1/2)，

p(4超) =m0a*{ (M^2-1)/(1-M)^2}^(1/2)，

f(4超)[1线矢]=m0a(3){iM[0基矢]+[(3)基矢]}/[1-M^2]^(3/2)，

p(4超)、f(4超)都显著地大于非超声，当马赫数M大时，更为显著。

这正是产生爆轰波、声爆、声障，等的缘由，而在近似真空的太空中，因无声子，而可以避免。

3.  量子力学的迷茫发展

量子力学是在经典物理学时代，把所谓“波函数”作为个别

粒子的“本征态”，而“波函数”，按经典物理学的3维空间矢量可分析为位置矢和动量矢，这2个共轭矢量所组成，并可由相应的“算符”运算，得出所谓“薛定谔方程”。

许多学者，也类似地，基于整体成对共轭特征向量组织模式和哈密顿动力学，构建各相应的“算符”运算量子力学。

实际上，量子力学是用所谓“波函数”作为最可几分布函数

对大量粒子进行的统计的有效方法，能由各粒子的各微观特性求得大量粒子的各相应的宏观特性，有着重要作用，与相对论，一起，成为第2次科学革命的理论基础。

但因，国际流行、权威论点，把所谓“波函数”误认为是个别粒子“本征态”，就把量子力学对大量粒子的统计结果，误认为是个别粒子“本征态”的表现，而相应地得出种种国际流行的严重错误，例如：

把量子力学中，由大量粒子位置和动量矢量相应各分量模长的均方差不能同时为零的几率效应，看作是对个别粒子的所谓“测不准关系”；把大量粒子能够穿过某种通常不可逾越势垒的几率效应，。误认为是个别粒子有所谓“量子隧道效应”；在通常应为真空的位置大量粒子会有一定几率存在，误认为是个别粒子的所谓“量子真空能量涨落”；以及不同大量粒子的最可几分布函数有远程相互关联的特性，误认为是不同的个别粒子有所谓“量子粒子缠结”，把大量粒子的几率特性，都看为个别粒子的“不确定性”，甚至“心灵感应”，而产生诸如：“颠覆认知哲学”，“不确定的世界”，“粒子相互感应”等，否定“因果论”、“决定论”，甚至“唯心论”等错误哲学观点。

竟然，因此，造成所谓：用量子力学处理“关在笼子里的猫”就得出“不知：是猫、非猫，或活猫、死猫”的“悖论”。

而这些观点，客观存在的矛盾，甚至引起爱因斯坦与波尔（Niels Bohr）2位巨人间的激烈争论：

实际上他们都认为个别粒子有所谓“波、粒2象性”、量子力学的波函数是相应个别粒子的“本征态”，以及对“统计”、“概率”分别不准确的认识，而彼此争论：

爱因斯坦在他们的推论中，实际上，隐含了两项基本原则：

(1)物理实在是独立于观测者而客观地存在的。

(2)两粒子间传递，讯息的速度不能超过光速，不存在超距作用

(action-at-a-distance)。这项假设后来被称为Einstei定域性原理(locality principle)。

而认为：量子力学的描述必是不完备的，“量子力学虽然令人赞叹，但在我的心中有个声音告诉我，它还不是那真实的东西，… ，我无论如何不相信上帝会在掷骰子!”，而同时期待将会出现新而完备的理论。

波尔辩称：量子力学是一个和谐的数学体系。它的预测与微观领域的实验结果都符合得很好。既然它的预测都能够被实验所证实，实验又得不出比理论更多的东西，还有什么理由要求它有更高的“完备性”呢?量子力学确实描述了宏观仪器对微观客体的度量，这种宏观度量只能得出微观客体运动的统计结果。量子力学也只能透过这些宏观表现去观测微观客体的某些属性，它确实以“作用量”反映了客体的运动状况。因此，认为，从它自身逻辑的相容性、和经验符合的程度来看，量子力学是完备的。

不过Bohr以为一个物理量只有当它被测量了以后才是实在的。这种观点，怎能回答，Einstein 对Aphis的提问：“是否真的相信，月亮只有在我去看它的时候才存在？”？

4. 统计物理学(对于平衡状态)

统计物理学是给出总数为N，同种粒子，的各类、各维物理矢量，由各相应的位置矢和动量矢2种物理量矢量（我们已知，对于各类、各维物理矢量，只要确定了各相应的位置矢和动量矢，其它各物理矢就都可由相应的失算推导求得）组成的“相宇”各“微元”中分布状态几率的表达式，(对于确定的N，容易求得相应的几率值)当N足够大时(就须由Stirling公式，m趋于极大，的近似值，表达)，求得，其总和分布状态几率最大值，即得：最可几分布函数。从而，可由大量粒子各微观特性，计算得到各相应的宏观几率特性，而得出大量粒子运动的各种几率变化规律，例如：

粒子团各粒子无定向各方向的运动就是热运动。

转换成为粒子团热运动能量的光子、声子的能量就是热辐射的能量。

各粒子的动能按最可几分布函数计算的平均值，就决定该粒子团，相应的温度。

各粒子往返穿过某平面的动量按最可几分布函数计算的差值，就决定该粒子团在该平面上相应的压强。

对于3维空间，位置矢和动量矢组成的相宇，其最可几分布函数，就是，马克斯威-波尔兹曼分布。

量子力学由其波函数分析得出的3维空间位置和和动量，这2个共轭矢量所组成，并可由相应的“算符”运算，得出所谓“薛定谔方程”，其波函数，就也只是相当于相应的，3维空间，的最可几分布函数。

现有的统计，包括所谓“量子统计”(现有所谓“量子统计”也都只是用量子力学的所谓本征态，进行的“3维空间相宇”的统计)只是3维空间“相宇”的统计，其最可几分布函数都是不显含时间的，都不能反映各维时空“波函数”的基本特性。

Dirac考虑到，通常的量子力学，不满足4维时空Lorentz变换下的不变性，而人为地引进4个反对易的4行4列矩阵，使其在形式上，满足相对论的要求，而建立的相对论性量子力学，也仅适用于4维时空1-线矢，并不能反映其实质原因。

通常的量子场论，因没有各维时空矢算和相应的各多线矢，而不断引入各种毫无实际意义的参变量，而不能反映相应匹配成对的不同时空多线矢，以4维的正则运动方程实际表达的结果。

而且，还须注意，对于各不同类的多线矢(例如n=4的1线矢、n=6的2线矢、和n=12的22,1线矢)，其正则运动方程，波函数，因而相应的量子力学和场论都各有差异，不能混同。否则，就会出现如 通常量子场论中所谓“自发破缺对称性” 等的问题。

实际上，只有采用大量同种粒子各维时空“相宇”的统计，其最可几分布函数，才都是，显含时间的，才具有相应“波函数”的特性。

统计的结论，都只是大量粒子的几率特性，不能误认为个别或少数粒子或次数的结果，否则，就会造成严重的错误。

这正是量子力学，得出种种国际流行的各相应的严重错误的实际原因。

由4维时空位置1-线矢和动量1-线矢组成的“相宇”，以及类似地，由相应匹配成对的高次线多线矢组成的“相宇”，已经建立起真正相对论性的统计力学，并给出其与通常的统计力学的相互关系。统一地分别对具有实物粒子和光子特性的大量微观粒子，或相应的物理量多线矢进行统计，都得到相应的4维时空“最可几分布函数”，它“显含时间”(通常3维空间的“最可几分布函数”是“不显含时间”的)，它也就是相应推广的波函数。其中，对于4维时空位置1-线矢和动量1-线矢组成的“相宇”进行统计，当粒子间的相互作用可当作弹性碰撞(即忽略相应的位能)时，它就是“德布洛意波”。

这就具体表明：一切“波”及其干涉、衍射等特性，都只是大量微观粒子的集体表现或统计结果，并非单个粒子的特性。一切单个粒子(包括单个的光子和电子)的运动特性都是宏观可观测的，无须区分为宏观粒子与微观粒子。对于大量粒子，所可观测的只是大量粒子的统计结果或集体表现(即所谓的“波”)，所谓“微观粒子”只是作为大量同种粒子的统计结果或集体表现的“个体代表”。在大量粒子的实验中，对各实验粒子的某些具体条件和状态尚未能全面测定和控制，尚不能完全确定其每个粒子在时空各点的运动状态时，也仍可用其大量粒子在该已知条件下的统计分布来确定其运动状态的几率。

因而，能全面合理地解释各种粒子(包括光子和电子) 的各种特性。而根本排除了本身就是矛盾的，且引起各种错误哲学观念的，“单个粒子既是粒子又是波” 的所谓“2象性”。

对于4维时空位置和动量组成的，时空相宇的统计就是量子力学的“波函数”！

具体证明了量子力学就是大量粒子的统计力学！

所谓“猫”的“悖论”，以及爱因斯坦与波尔2位巨人间的激烈争论也都自然得到解决。

就有力地表明波函数的统计特性，有力地纠正国际流行对量子力学结果的错误结论，使有关的错误哲学观点不攻自破！