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《粒子的波粒二象性的本质是什么》

(2010-09-10 21:56:11)
标签:

波粒二象性

量子力学

规律

宇宙

存在

文化

公维鹏

分类: 宇宙的构造与智慧生命的形成

第二章   量子力学与世界存在的客观性、运动规律性的统一

 

“自然界和自然界的规律隐藏在黑暗中,

上帝说,‘让牛顿去吧!’

于是一切成为光明

但不久,魔鬼说,‘让爱因斯坦、玻尔去吧!’

于是一切又重新回到黑暗中”

我们许多生者总希望科学的发展能给我们描述出一个确定的、规律性的自然界存在与发展的图像,从而让我们相信世界是客观的,可把握的,因而生命也是客观的,可把握的,人生是光明的。

以牛顿力学为代表的近代物理学的发展曾经使相当数量的学者或者普通人确信科学可以做到这一点。

但是现代物理学,相对论和量子力学的崛起,粉碎了以牛顿力学为代表的传统物理学在人们心中建立的那种客观的、可把握的、规律性的世界图像。

那么相对论和量子力学是不是在更深的层次上隐含着一种客观的、规律性的世界存在的图像呢?

在前面我们曾分析,相对论是的!

现在我们要看一看,量子力学是怎样的?

〈一〉粒子的波粒二象性的本质是什么

现代物理学认为,所有的微观粒子,光子、电子、质子、中子、原子、分子等,都既具有粒子性,又具有波动性,其波长为:

λ=h/mv(h为普朗克常数,m是粒子的质量,v是粒子的运动速度)

微观粒子的这种波粒二象性已经被现代物理学实验所证实。

波粒二象性意味着什么呢?

一个微观粒子不仅仅是一个物体,而且是一个在微观上具有无限层次的具有内在结构与内在运动的非刚性物质体系,内在结构与内在运动的存在使它不仅作为一个单独的物质系统表现出粒子性,而且使它自身形成一个单独的波动系统。

一条十米长的绳子,可以因振动而形成一个波动系统,一段一米长的弹簧,也可以因振动而形成一个波动系统,同它们一样,一个微观粒子尺度虽小,在微观上仍然是无限可分的,因而也仍然可以因自身的内在运动的存在而形成一个独立的波动系统。

通过微观粒子产生的种种现象来看,微观粒子须有内在结构与内在运动。

自旋角动量的存在证明微观粒子须有内在结构。所有的微观粒子都有自旋角动量,自旋角动量为h/4π的奇数倍的为费米子,偶数倍的为玻色子。如果粒子拥有不为零的自旋角动量,则证明其不是一个质量集中在一个点上的单纯的质点,而应该有一个质量分布结构。而费米子有一个奇特的性质,它们旋转一周后不会显得同原来完全相同,这预示着它们的内在结构不是静态的,而应该拥有内在运动。

粒子的衰变和互相转化证明它们拥有内在结构和内在运动。中子会衰变生成质子和电子,电子和正电子会互相湮灭生成光子,光子也可能衰变成电子和正电子,类似的运动揭示了产生这些运动的微观粒子具有内在结构和内在运动,也说明了它们可能不是从来就是现在这个样子的,而是在宇宙发展的过程中从其它形式演化而来的。

有一些同一种类的粒子会经过不同的衰变过程变成不同的粒子,比如η共振子能经过衰变变成两个γ光子,其机率约为39.33%,或者三个π0介子,机率约为32.24%,或者一个π+介子加一个π介子和一个π0介子,机率约为23.0%,或者一个π+介子加一个π介子和一个γ光子,机率约为4.75%,还可能衰变为一个π0介子和两个γ光子,机率约为7.1×10-4,这不仅意味着这些同一种类的粒子拥有不完全相同的内在结构与内在运动,而且还可能意味着它们拥有不同的产生和发展历史,正如两片树叶不会是完全相同的树叶一样,几个同一种类的粒子不会是完全相同的粒子。

构成宇宙物质体系的更基本的粒子单位是夸克,夸克有上夸克、下夸克、奇夸克、粲夸克、底夸克、顶夸克六种类型,每种类型的夸克又有红、绿、蓝标示的三个种类,每个种类的夸克又都有与之对应的反夸克,不同种类的夸克必然拥有不同的内在结构。而夸克和夸克以及胶子能够通过相互作用构成常见的基本粒子则预示着它们必然拥有内在运动。

在现代物理学中,我们无法测量小于普朗克长度(约10-35米)的距离,因为我们探测这么短的距离需要这么高能的粒子,以致于这些粒子自身就形成一个黑洞,而黑洞是不可以用作测量工具的。也因而,我们不能测量短于普朗克时间(普朗克长度除以光速,约10-43秒)的运动过程。

但是,这只是我们认识手段与认识能力的局限性,我们并不能因之而否定小于普朗克长度的物质结构的客观存在和短于普朗克时间长度的运动过程的客观存在,没有它们,宏观宇宙的客观性无以建立。

因而,普朗克尺度的存在并不能否定宇宙微观层次上的无限性,不能否定粒子内在结构的无限层次。

而且,也许我们只是暂时不能认识小于普朗克尺度的客观存在,既使我们无法制造出小于普朗克尺度的尺与钟,或许在不远的或遥远的将来,我们可以用系统分析的方法系统的分析大于普朗克尺度的物质体系如何存在从而间接反映小于普朗克尺度的事物如何存在。

微观粒子的内在结构与内在运动的存在,是量子力学各种奇特现象的产生根源,而量子力学的各种函数表达式,则和微观粒子的内在结构与内在运动方式有着深刻的联系。

(在第五章中,我们把物质粒子的波粒二象性看作智慧生命形成的一个必要的关键性条件,在那里我们提到的“物质粒子的波粒二象性”的内涵是:每一个物质粒子都不是绝对刚体,而具有弹性与可塑性,拥有内在结构与内在运动,在微观上具有无限的层次,而且其内在结构与内在运动可以在外在物质体系的力的作用下产生无限丰富与发展的变化,因而不同的物质粒子或物质粒子构成的物质体系可以在力的相互作用中精细的相互反映,产生无限的信息量。因而这样的物质粒子构成的物质体系可以具有高度的有机性与系统性,从而有可能无限发展的反映与模拟客观世界如何存在,为智慧生命的形成提供了必要的条件。)

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