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波粒二象性的诡辩逻辑

已有 1598 次阅读 2022-3-16 10:44 |个人分类:量子力学|系统分类:科普集锦

量子力学最基本的假定是,所有的物质都是波(德布罗意物质波),但怎么解释物质的粒子性呢?人们想出了一个绝妙概念,那就是波粒二象性,即任何物质,或者叫做量子,既是粒子,又是波,同时是波和粒子。

物理上,粒子和波是两个矛盾的概念,粒子一般当成无限小,有明确的位置和速度,而理想的波无穷大,占据全空间,不好描述它的位置和速度(有传播速度,群速度,相速度等概念)。

一般对波粒二象性的描述是,粒子“有时候表现得像粒子,有时候变现得像波”。比如光子,波动光学中,它完全被当成波,而光电效应中,它被当成粒子。什么时候粒子表现的像粒子,什么时候像波呢?实验中像波的时候像波,像粒子的时候像粒子。但是它像波的时候,也可能表现得像粒子,反过来也成立。比如,即使在类似光电效应的光学照片显影双缝实验中,光子行进的时候是波,还原银离子的时候是粒子。

等一下,“像波的时候像波,像粒子的时候像粒子”?这不是什么都没说吗?

是的,波粒二象性无法提前预知,某一种实验之前,它是波还是粒子,实验需要用波来解释的时候,说它说波,需要用粒子解释的时候,说它是粒子。

这里的逻辑问题在哪呢?

在“粒子性”维度,粒子和波是该维度的全部答案。两个答案互斥互补。一个物理客体,不是波就是粒子,不是粒子就是波,“既是波,又是粒子”是一个八面玲珑的讨巧回答,是不可能证伪的。对于粒子性这一性质,波粒二象性把正面反面所有可能都说完了,必然总能自圆其说。你无法反驳一个穷尽了所有可能的模糊回答,但这个回答也无法提供有效信息。

另外举一个例子,比如我们讨论一个事情的真假,我们可以说一个事情既真又假,有真假二象性,真和假同时成立。如果是真的,真假二象性描述没有问题,如果是假的,真假二象性也没有问题。什么时候是真,什么时候是假呢?真的时候真,假的时候假。

如果我们用真假二象性理论判断任何论断,逻辑上谁都挑不出毛病,但是这是诡辩,因为它无法提前提供有用的判断。

这种二象性对任何完备互补的概念都是成立的,永远不可证伪。比如“红与不红二象性”,“人与非人二象性”,“存在与不存在二象性”,等等。

这种诡辩二象性,一般是事后裁决,根据结论选择回答。如果实验用粒子性解释方便,就说“我说过它是粒子吧?”,或者“我说过它是波吧?”。谁也没话说。

每一句话都有真假二象性,每个物体都有红不红二象性,每个生物都有人非人二象性,每个粒子都有位置明确和位置不明确二象性,……。但是这种描述没有意义。物理概念的定义需要明确清晰,模糊含混是不可接受的。模糊含混是话术,不是科学。

全局诠释认为量子波函数就是真实的波。物质波是广义的,被抽象化了的波。一列抽象的波不能提供具体的物理细节,比如横波纵波,传播速度,振幅的物理量纲,等等。但是波的振幅仍然可以计算波的能量密度,而能量密度大小与触发粒子性事件的可能性成正比。大部分量子事件的发生,都是量子隧穿效应,外来的能量涨落越多,隧穿事件发生的可能性就越大。所以并不需要波粒二象性这种诡辩式概念。



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