物理学的精髓是做出预测,只要能给出公式做精确计算,只要能自圆其说,所有解释就都是完全等价的。量子力学的正统诠释是二战前出现的哥本哈根诠释,引入了波粒二象性、坍缩、叠加态等一系列让人三观崩溃的概念,路径积分和以路径积分为基础的退相干诠释出现在二战后,这个诠释向经典物理做了一定程度的回归,根据这个诠释,我们可以扔掉难以理解的波粒二象性,回到熟悉的粒子世界,粒子,也就是可以被当做质点处理的物体。当然,质量可以为零,比如光子。
颠覆惯性定律
按照哥本哈根正统诠释,正如相对论中不只光具有光速一样,在量子力学中,也不是只有光具有波粒二象性,而是所有的物体都具有波粒二象性。而路径积分抛开波粒二象性概念的关键是:颠覆惯性定律。
惯性定律:在不受外力的情况下,物体要么保持静止,要么保持匀速直线运动。怎么颠覆呢?惯性定律说的都反对就行了:在不受外力的情况下,物体既不保持静止,又不做匀速直线运动。否定容易,还得给出新结论,新结论是:在不受外力的情况下,物体做一种非常混乱的运动。不过,混乱确实够混乱,但还是有规律的,这个规律就是波函数。完整表述:在不受外力的情况下,物体按照波函数运动。
物体按照波函数运动是什么意思?先看典型的经典波动——水波,经典水波运动,把水的最小不可分单位当做质点处理,这些质点按照经典波动方程运动起来就形成了水波。要理解量子力学的波动,只要看看和水波之间的区别就行。
第一点区别:水波需要波源提供能量输入,一旦停止能量输入,波动就会逐渐停止。而量子力学里面的波动不需要波源,不需要能量输入,是这些质点自身的属性。
运动的物体都有动量,也就是能量,那么质点自身在永不停歇的波动,岂不是有源源不断的能量?岂不是可以制造永动机了?原则上说,量子力学里面的质点确实拥有源源不断的能量,称为能级。但是说到永动机,从目前的理论上来说,没有办法持续提取这份能量。
第二点区别:水波的边界是明确的,局限在有限范围内。而量子力学的波动,无论是薛定谔方程还是狄拉克方程,都没有明确边界,理论上充满整个宇宙。
第三点区别:在水波运动里面,单个质点的运动遵守牛顿力学定律,波动运动是大量按照牛顿力学运动的质点,累加后表现出来的现象。而量子力学里面,单个质点也不遵守牛顿力学定律,也在做波动运动。给定位置,从单粒子的波函数可以解出这个位置的一个数值,这个值的含义是:质点出现在这个位置的概率。
单质点波动方程的解的意义是概率,这一点非常重要,值得花费一个小节来说明。先说一下“质点”:量子力学把基本粒子看做不占体积的物体,也就是基本粒子可以看做质点。
–未完待续