关于量子力学完备性的争论

物理0901 李娜 20090922049

自量子力学建立以来，对于量子力学的物理解释和哲学意义，一直存在着严重的分歧和激烈的争论。其中以玻尔为代表的哥本哈根学派和爱因斯坦学派之间的争论最为世人所关注。

海森伯的‘测不准关系’和玻尔的‘互补原理’构成了量子力学哥本哈根学派诠释的两大主要支柱。自19xx年后，逐渐为大多数物理学家所接受。被称为量子力学的‘正统’解释。其要点有以下四个方面；

（1）可观察量是建立理论的基础和依据。人们无法直接观察到原子、电子、光子的行为，而只能在人工安排的特殊条件下对微观客体的行为和特性做出实验观测，从而得出各种观测结果之间关系的规律。但是在人们用特意安排的实验仪器观察微观客体时，就不可避免地要产生干扰，因而可观察量表现出的正是实验环境中的客体的行为和性质，这使量子现象具有主体与客体的不可分性。

爱因斯坦对玻尔的这一观点持有异议。他指出“是理论决定我们能够观察到的东西”“只有理论，即只有关于自然规律的知识，才能使我们从感觉印象推论出基本现象。当我们宣称我们能够观察某种新事物时，我们实际上应当是说：虽然我们就要提出同旧规律不一致的新的自然规律，可是我们仍然假定，这些现存的规律-----包括从现象到我们的意识这整个途径-----以这样的方式起作用，使我们可以依靠它们，从而才可以谈论‘观察到的结果。’”爱因斯坦这一观点是符合科学研究的实际，是非常正确的，因为他强调理论，即反映物质的本质和规律的认识，而不是强调“可观察量”。

统一力学认为玻尔关于“可观察量是建立理论的基础和依据”的观点，是本末倒置的、片面的观点。因为，物质是质和量的统一，物质既没有无质的量，也没有无量的质。物理学既要研究物质的本质理论，又要研究物质的量的数值。物质运动的基本规律，需要一定的数学表达式。所以数学是物理研究过程中不可缺少的工具。但是物理首先要讲有关物质的本质和物质之间的必然联系的道理，即认清物质的本质和规律是首要的工作。

在没有认清本质之前，是盲目的，是一种感性认识。总结出来的数学表达式，一般都属于经验性的公式。往往都存在这样或那样的缺陷，仅仅适用于局部的、某一领域的、甚至是片段的自然现象。离开本质仅仅去追求可观察的量，那只能是数学的游戏，而不是物理。是一种舍本求末的错误观念。

量子力学诞生后，特别量子电动力学又给科学界增添了电荷和不可测量的真空的无限大佯谬。何止这些，在海森伯和欧勒合作的一篇文章的结语里，海森伯列举了各种困难；在真空自能中，在康普顿散射点第四阶振幅中，以及光对光的第六阶散射中，都出现无限大佯谬。正如他们在结论中所说：“正电子理论和量子电动力学无疑被认为是暂时性的。”

至于量子力学，根本谈不上物质的本质问题，只能称之为统计力学。因为量子其意指“一个离散的量”是一种非连续的数量值。在没有认清产生量子这种非连续性的根本原因之前，量子力学只是一种无本之木的学说。

（2）量子跃迁是量子力学的最基本概念。它赋予微观客体过程一个实质性的不连续性。在量子力学中，人们无法同时准确地知道一个微观粒子的位置和动量，如能量和时间等其它‘共轭’变量，，它们都遵循“测不准关系”。

统一力学认为：薛定谔和爱因斯坦的观点是正确的。因为薛定谔和劳厄不赞成玻尔的观点，尤其是不同意把物理学建立在测不准关系或其它不确定的统计解释上。爱因斯坦对测不准关系和量子力学的几率解释极为不满，他认为这是由量

子力学主要的描述方式不完备所造成的，从而限制了对客观世界的完备认识，所以只能得出不确定的结果。

（3）描述微观客体的波函数是一种几率波，粒子出现的几率由波幅的平方决定的。因此，在微观领域里，力学的因果关系和决定论都遭到了破坏。根据量子力学理论，在同样的实验条件下，可以发生各种不能预期的个体量子过程，因而观测的结果也可能是各种各样的。所以，在量子力学中，人们必须放弃力学意义上的因果律和决定论，而把几率性看成是本质的。

统一力学完全同意爱因斯坦的观点。因为原因和结果之间的决定性原则是自然科学最根本的法则，破坏这一法则就不会存在科学真理。

爱因斯坦写道：“关于因果性问题也使我非常烦恼。光的量子吸收和发射究竟能以完全的因果性要求的意义去理解呢？还是一定要留下一点统计性的残余呢?我必须承认，在这里，我对自己的信仰缺乏勇气。但是，要放弃完全的因果性，我会是很难过的。”他还针对玻尔关于辐射点波动在本性上是几率波的假设而评论说：“玻尔关于辐射的意见是很有趣的。但是，我决不愿意被迫放弃严格的因果性，将对它进行更强有力的保卫。我觉得完全不能容忍这样的想法，即认为电子受到辐射的照射，不仅它的跳跃时刻，而且它的方向，都由它的自由意志去选择。”这真是一针见血的批判！

（4）从实验中所观测到的微观现象，只能用通常的经典语言做出描述。微观客体的“波粒二象性”，即它的波动性和粒子性，正是用经典语言描述微观客体的结果。这两种图像既互相排斥，又必须同时用于对微观客体的统一性质的描述，所以它们又是互补的。

统一力学认为：粒子性是从物质的具体形态，波动性是从物质的运动形式。物质的具体形态和运动形式，是相互统一的，是从两个方面表明物质的属性。可以说是互补的。

19xx年10月在布鲁塞尔召开第五次索尔维会议，玻恩和海森伯做了关于矩阵力学的报告，最后提出：“我们主张量子力学是一种完备的理论，它的基本物理假说和数学假说是不能进一步被修改的。”这番话无疑是向不同意见提出了挑战。会议主席洛伦兹认为几率概念是一种理论考虑，而不应当是一种先验的公理。他说：“人们是不是可以相信决定论？难道非决定论是在原则上不可避免的吗？”接着他请玻尔阐述互补原理。

爱因斯坦一直对量子力学的统计概率解释感到不满。他曾写信给玻恩：“量子力学固然是堂皇的。可是有一种内在的声音告诉我，它还不是真实的东西。这理论说得很多，但是一点也没有真正使我们更接近这个‘恶魔’的秘密。我无论如何深信上帝不是在掷骰子。”

所以玻恩直接问到爱因斯坦的意见，他才在会上发言。爱因斯坦表示赞同量子力学的系综几率解释。而不赞成把量子力学看成是单个过程的完备理论的观点。

在争论中，玻尔很想把爱因斯坦争取过来。但是，爱因斯坦坚信“有一个离开知觉主体而独立的外部世界，是一切自然科学的基础。”因此他对测不准关系和几率解释极为不满，并认为这是量子力学具有不确定性佯谬产生的原因。

爱因斯坦曾用‘单缝衍射’的理想实验、‘双狭缝干涉实验’、‘光子箱’理想实验，以及19xx年5月他和美国物理学家波多尔斯基、罗森三人合作发表的《能认为量子力学对物理实在的描述是完备的吗？》一文，对量子力学理论的完备性提出了有力的反驳，这就是著名的“EPR佯谬”。文章认为“完备”理论

的必要条件应是：物理实在的每一要素在理论中都必须具有对应的部分；而要鉴别“实在”要素的充分条件应是：不干扰这个体系而能够对它做出确定的预测。并认为这是判断一种物理学理论成功与否的两个判据。但在量子力学中，由于测不准关系的结果，一对共轭的物理量，精确地知道了其中一个量就排除掉另一个量的精确认识。而且任何一种想在实验上测定后者的企图，都将改变体系的状态，这又使前者的知识受到破坏。根据上述‘完备’和‘实在’的明确意义，对于这一对共轭的物理量在下述两个判断中只能选择一个：或者认为量子态波函数对于实在的描述是不完备的；或者对应于这两个不能对易的算符的物理量不能同时具有物理的实在性。总之，量子力学的波函数只能描述多粒子组成的体系（系综）的性质，而不能准确地描述单个粒子的某些性质；但是一个完备性的理论应当能描述物理实在（包括单个体系）的每个要素的性质，所以不能认为量子力学理论描述是完备的。

统一力学认为：爱因斯坦的观点尽管是正确的，但是他同样没有认识到到量子理论所缺少的实质性成分是什么。即产生量子的非连续性的力学基础，爱因斯坦在当时的自然科学水平的制约下，以及他坚持引力理论的思维模式，都制约他同样不可能认识到统一力的量值是非连续性的量值。所以，他不可能在辩论中取得彻底的胜利，说服不了对方。

这两位科学大师之间的争论是一场真正的科学论战，也是一场哲学思想的辩论，其中心论题是科学规律本质上应是因果性的，或是概率性的？他们相互尊重，保持友谊，为后人树立了榜样。两派不能以简单的胜负判决作结论。这种争论至今没有停止过，我坚信统一力学的建立，会对这场争论作个了断。

第二篇：量子力学连续性方程的一种新推导方法