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双缝干涉实验的最新解释

已有 509 次阅读 2024-3-13 18:17 |个人分类:问题讨论|系统分类:观点评述

       费曼指出:“电子双缝实验是量子力学的中心区域,研究量子力学,这个问题不可避免。” 电子双缝干涉实验观测显示出电子的波粒二象性,那么从波动说和粒子说与我们提出的物质粒子辐射空间本底量子统一说,它们各自是如何看待电子双缝干涉实验呢?

波动说:假如电子是个粒子,那它不可能同时通过前面的两条缝吧?

粒子说:电子必定是通过其中的一条缝,然后投射到后面的光屏上,激发出一个小点。这一小点是观测到的事实,表明电子是个粒子。

波动说:干涉条纹与两条缝之间的宽度密切相关,如果电子是个粒子,只通过了一个缝,它是如何知道两缝之间的距离呢?

粒子说:我认为,电子有某种类波的东西,你可以把它想象成从电子身上散发出去的某种看不见的波场在空间中弥散开去,探测到了双缝的存在,引导着电子的运动。

波动说:如果在电子进入一条缝前一刹那,有人关闭了另一条缝,那会发生什么情况呢?

粒子说:那就没有双缝了,只有单缝,干涉模式立刻转换为普通模式。

波动说:那电子是如何在穿过狭缝前的一刹那,及时得知另一条缝关闭的情况呢?两缝间距足够宽,除非电子收到了瞬时或远超过光速传来的信号。      

粒子说:那按波动说该怎么解释呢?

波动说:电子是一个波,它同时通过了两条缝,产生了干涉。如果你关闭了一个缝,就关闭了一部分波的路径,这时就谈不上干涉了。

粒子说:电子会一分为二吗?如果电子是个波包,是由许多不同频率的波所组成,而不同频率的波在媒质中的速度不同,这样一个波包在媒质中会扩散而消散的,电子没发生过这样的情况吧?即便照你所说电子是一个波,那接近到达屏幕前或屏幕时发生了什么?

波动说:处于某种不知道的原因,波突然收缩为一个点。

粒子说:连续的波突然瞬间变成了一个点?

       粒子说尤其是波动说现在深感困惑和无奈:既然都没办法解释清楚,那就测量一下电子到底通过的是一条缝,还是两条缝吧。结果一测量,干涉条纹就消失了!

       对于双缝干涉,现在的解释有很多种,著名的包括:哥本哈根解释(牵扯到观察者的概念),平行世界理论,自发定域性理论,退相干性历史理论,超弦理论等。但这些理论都很难理解,也没有被完全证明。

        请看我们提出的物质粒子辐射空间本底量子统一说是怎样解释的,或者有什么不妥之处,敬请不吝赐教。

        双缝干涉实验观测,在波动说和粒子说解释中,统一说对这两种说有认可的地方和不认可的地方,并对其中一些说法提出意见如下:

1.认可电子通过一条缝,撞到光屏上显示的是一个小点粒。

       统一说认为,光屏上的小点反映了电子的粒子性。更具体地说,粒子性是电子的主体或更基本存在,粒子具有体积大小,不是质点。

 2.认可电子有某种类波的东西,可以把它想象成从电子身上散发出去的某种看不见的波场,在空间中弥散开去,探测到了双缝的存在,引导着电子的运动。

        统一说认为,从电子身上散发出去某种看不见的波场,这种波场来源于我们提出的电子(一切物质粒子)不断地辐射空间本底量子,德布罗意提出的电子具有内在的周期性因素与我们提出的物质粒子空间本底量子辐射,这二者相生相伴,互为因果,以致电子出现高频振荡形成康普顿波及德布罗意物质波,其波长大小等于辐射的空间本底量子能量除以相应的辐射力,整个过程可进行物理描述和数学推导,能够自然地推导出爱因斯坦——德布罗意关系,进而还可以自然地推导出薛定谔方程,且完全符合动量守恒、符合质量和能量守恒及牛顿第二定律。电子的康普顿波在实体形像上近乎成球形状态包裹着粒子,电子的物质波通过双缝发生了干涉,引导着通过一条缝的电子的运动。

   3.认可在电子进入一条缝前一刹那,有人关闭了另一条缝,那就没有双缝了,只有单缝,干涉模式立刻转换为普通模式。承认物质波相速是超光速。

        电子进入一条缝前一刹那,电子伴生的物质波通过双缝,如果关闭了另一条缝,就关闭了通过这条缝电子物质波的路径,这样就谈不上干涉了。

    4.认可测量一下电子到底通过的是一条缝,还是两条缝,结果一测量,干涉条纹就消失了,这是事实。

    5.不认可电子只是一种波,在接近到达屏幕前或屏幕时,处于某种不知道的原因,连续的波突然收缩为一个点。

        依照我们给出的物质粒子波动性的形成机制,可以设想单个电子双缝干涉的物理图像:在电子粒子通过双缝中的一条缝之前,该电子的物质波先行通过双缝发生相互干涉,当电子通过双缝中的一条缝时,电子身上正在产生的波同另一条缝最后传播过来的该电子部分物质波发生相互干涉,即刻决定了电子运动的最可几方向,由此便能够自然地解释单电子双缝干涉的实验结果。也可以从光子辐射空间本底量子的角度有助于说明至今还难以理解的光子概念和解释单光子的双缝干涉现象。

        更具体地说,粒子通过一条缝时,粒子伴生的物质波同时通过双缝,通过双缝一条缝的粒子受其通过双缝两个物质波叠加时的导引作用,粒子以较高概率前行在两物质波波程差为波长整数倍的波长稳定合振加强区域,逐个撞上屏幕累积形成明纹。粒子若受侦测扰动,将使通过双缝物质波的波长尤其是相位发生改变,无法形成通常稳定干涉条件,粒子无法在屏幕上累积成明暗相间的有一定规则的条纹。

        统一说以上这些解释,说明了物理世界为什么会存在能量与频率关系:E=mc2=hυ和动量与波长关系:P=mv=h/λ;粒子振荡频率υ=mc2/h的物理实质是单位时间内辐射的空间本底量子数;物质波的波长λ物理实质是物质粒子辐射空间本底量子作用力的力程。

        以粒子内在波动周期τ=h/mc2除以相应的康普顿波长λo=h/mc ,得到 λo/τ=c,或者λoυ=c,说明在康普顿波长λo范围内,粒子内在波动速度为光速c 。

       当粒子以速度v运动时,其波长λ=h/mv与粒子的康普顿波长λo的关系为:λ/λo= c/v,可以想到,物质粒子外层实际上由内波——康普顿波和外波——物质波所构成。物质波粒二象性的物理图象为:粒子内在以光速c随机辐射空间本底量子而波动或振荡并形成一个内波,波动范围即内波波长为其康普顿波长λo,它携带着粒子自身能量、质量和空间位置的信息;物质粒子在空间运动中还形成一个外波,它与粒子的动量信息相关联。外波在通过双缝后会形成干涉,它对边界条件敏感,能感知远处障碍物和另一粒子的存在,使得两个相互作用的远离粒子之间相互联结,并通过其相位因子反映出来,外波以超光速相波形式应与奇异的量子纠缠相关联。粒子处于纠缠状态,无论相隔多远,它们都形成一个单一系统,只要你测量了其中一个,就相当于测量了另一个,这便是量子纠缠的物理实质。内波主要显示出粒子性,外波主要显现出波动性,粒子性内波和波动性外波的结合构成物质的波粒二象性。特殊地,当粒子以光速c在空间运动时,如光子,其内波与外波等同。

       物质粒子内在的波动与粒子同空间相互作用亦有关联。由于物质粒子不断辐地射空间本底量子亦即本底引力子,则物质粒子自身的质心或空间位置便处于随机变动状态,在一给定的空间范围内,粒子的动量就会有一个不确定性。反过来说,由于粒子的动量有一个不确定性,则其出现在空间的位置上就会有一个不确定性,由此导致了海森伯的测不准或不确定关系以及玻恩的统计解释。

        站在物质粒子内在以光速c作随机波动的角度看,带电粒子能级跃迁发射光子或吸收光子、正反粒子湮灭转变成光子、光速c是物理世界物质粒子的极限速度、光子转化为正反电子对、物体自身总能量等于mc2以及粒子总能量E与粒子振荡频率υ的关系为E=hυ就可以得到系统化理解。同时也说明了由各种粒子辐射出的引力子或引力波的速度正是光速c。

       物质粒子的质量、能量、时间、空间以及引力和惯性,可以通过物质粒子空间本底量子辐射(物质波粒二象性的根本原因)而联系和系统化。根据E=mc2,质量为m的物质粒子自身具有能量E,而能量本是运动量,能量密度通常由高向低自然发生转移,物质粒子内在以光速c作随机波动或随机振荡,并在向空间不断辐射空间本底量子亦即本底引力子过程中,产生引力场并出现时间之矢,由此导致物质粒子自身质量衰减使星系引力逐渐减小,使得星系之间相互退移以及宇宙膨胀及加速膨胀,或因构成空间的本底量子不断增加亦造成空间本身的扩张,从而形成了一幅从物质粒子波动到整个宇宙膨胀及加速膨胀的系统的自然演化图景。其中,物质系统辐射的空间本底量子对物质系统的反作用使物质系统受到相当于空间附加引力场作用,可自然地解释星系旋转曲线疑难;物质粒子具有保持原有运动状态(静止或匀速直线运动)不变的能力,对物质粒子施以外力使得物质粒子动量改变而伴随具有物理实在性的波动性改变出现抵抗力,亦使得物质粒子显示出惯性。

       物质粒子的空间本底量子辐射及质量时变关系,描绘出一幅粒子波动演生时空物理图景,能够揭示物质波粒二象性的本质、揭示时间之矢的物质根基和空间本底的量子构成、揭示惯性起源和引力机制,进而推导出哈勃定律,揭示和描述了处于自然膨胀及加速膨胀的宇宙,同时给出的星系旋转曲线与实际天文观测相符合。说明在普遍具有引力相互作用的星系之间的距离会随着时间的流逝而成指数增长。以质量衰减引力自然减弱代替广义相对论宇宙学常数或暗能量,亦可得到趋近于空虚的忽略引力存在的仅有宇宙学常数起作用的德西特时空,通过弗里德曼方程亦可得此同样结果,德西特和弗里德曼的研究都是对广义相对论引力场方程求解。德西特宇宙空间的几何是欧几里得的,因而是无限的。在德西特宇宙的数学模型中,宇宙的全部空间都在宇宙学常数的排斥力作用下加速膨胀,自由粒子之间的距离会随着时间的流逝而成指数增长。粒子波动演生时空与德西特时空还有一些相近点:退行的恒星发出的光的波长会被拉长;宇宙膨胀没有开始也没有结束,膨胀速率恒定,当逆时间往回追溯时,不会有体积大小为零而物质密度为无穷大的明显开端。




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