波函数的实在性

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1、X№.1西北轻工业学院学报Mar.1998Vol.16JOURNALOFNORTHWESTINSTITUTEOFLIGHTINDUSTRY·111·波函数的实在性王澎(西北工业大学东1-1-19信箱710072)摘要通过对一些量子理论和实验的分析,提出了波函数的实在性的观点,即认为波函数是一种独立于粒子的,客观存在的物质,而不只是对物理状态的数学描述.关键词:波函数,实在性,波粒二象性中图法分类号:O413.11概论微观世界向我们展示了许多奇妙的量子现象.对这些奇妙的量子现象,物理学家们一直存在着两种态度.一种较为消极,即认为微观世界中的不确定性是其本身所固有的,无法再得到

2、进一步的解释,因此直观地理解量子现象几乎是不可能的;另一种是比较传统的,即企图以直观的、朴素实在的图像来理解这些量子现象,但尚未获得成功.应该说,以爱因期坦和波尔为各自代表的这两种观点之间的大争论是很有意义的.我们将看到,其实上述两种观点都有其合理因素,但又都不是完全正确的.通过确认波函数的实在性以及它的独立于粒子的、客观存在的物质性,一方面可使诸多量子现象成为可理解的,另一方面也可解释微观世界中本身所固有的不确定性.在怎样认识量子力学中的波或波函数这一问题上,目前正统的观点仍是玻恩的几率波解释,即是说波并不象经典波那样代表什么实在的物理量的波动,它只不过是关于粒子的各种物

3、理量的几率分布的数学描述而已,几率波解释只是将波的振幅的平方与各种物理量的测量值之间建立起了几率的关系.但是,我们知道波的最根本的特性是它的干涉性,波的干涉性,也就是波的相位,在量子理论中以及对诸多的量子现象的理解中都起着不可替代的作用.如果波不代表什么实在的物理量的波动,那么它们之间的干涉又怎么会产生有直接物理意义的结果呢?在牛顿体系中,质点是实在的东西,是实在的核心,人们相信一切物理现象都可由按照牛顿定律运动的质点来得到解释.但是,在法拉第和麦克斯韦创立的电磁理论中,“场”又成X收稿日期:1997-10-12作者:男,35岁,工程师·112·西北轻工业学院学报第16卷为

4、一种不可替代的基本元素,起着与质点一样实在的作用.在人们还没有搞清楚场与质点哪一个更基本时,更奇妙的关于场与质点的关系在量子力学的创立过程中展现出来,人们发现了牛顿体系中的质点如电子有波动性即“场”性.而电磁理论中的“场”,也就是电磁波或说光有粒子性即质点性,这就是通常所说的波—粒二象性.然而,在此除了表明场和质点是同样实在的物质,起同样基本的作用外,并没有什么显示出哪一个更实在,更基本.但不幸的是,随着量子力学的建立,牛顿体系中的质点的概念,如电子、光子等作为实在东西得到了充实和发展,而“场”这种东西通过玻恩的几率性解释则变成了一种数学性描述,不再具有实在的〔1〕性质.但

5、是,正如爱因斯坦所说:“要把物体看成是某种‘实在的’东西,而把场看成只是一种‘幻想’,那是不公正的.”日常思维中属于“实在”领域的最基本的概念是持续存在着的客体这个概念,比如桌子这样的概念.这是一种以直觉为基础的思辩方法,这样的概念象其他一切概念一样,都是思辩—构造类型的概念.“实在”决不是直接给予我们的,给予我们的只不过是我们的知觉材料.从知觉材料到达“实在”,到达理智,只有一条途径,那就是有意识的或无意识的理智构造的途径,它完全是自由和任意地进行的.如果在物理学中我们的概念同感觉的这种对应或相关愈来愈间接,我们就没有权力责备这门科学是用幻想来代替实在.我们选择哪些元素来

6、构〔2〕成物理实在,完全取决于结果是否成功.场或说波之所以会被变成一种数学性描述而不再具有实在的性质,是因为在量子力学中场在经典物理中所具有的能量已被粒子化地分离出去,即所谓的量子化了.而没有质量或说没有能量的物质从来没有过,似乎也是不可想象的,因此人们放弃了波的物质意义,而放弃了波的物质意义也就放弃了对量子现象的理解.然而,如果我们接受“没有能量的物质是可以存在的”这样一个观念的话,也就是说,把这种没有质量或者说没有能量的场看作为一种物理实在,那么,对许多量子现象的直观理解都将成为可能.2波函数的实在性玻恩对波函数的统计性解释并没有消除人们对波—粒二象性中波以及波与粒子关

7、系的疑惑.当然那种把电子波理解为电子的实际结构,把电子看成是在三维空间连续分布的某种物质性波包的观点显然是错误的,波动性与粒子性是一对对立的性质,将它们统一于一个客体上是无法理解的,波函数的几率性解释也正说明了这一点.但是,如前所述,几率波的解释放弃了波的实在性.然而,下面几个具体的实例将表明,波在解释这些量子现象时起着不可替代的作用,它的客观存在性、实在性可充分地显示出来.2.1单光子干涉实验中波显示了它的独立存在最早的扬氏光的双缝干涉实验展现了光的波动性.但是,这个实验的更进一步发展却变得非常耐人寻味.在扬氏光