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物质起源-电旋论
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电旋论量子物理模型系列之(1)几率波是什么

(2016-03-27 22:23:46)

几率波是量子力学中描写微观系统状态的函数。在经典力学中,用质点的位置和动量(或速度)来描写宏观质点的状态,这是质点状态的经典描述方式,它突出了质点的粒子性。由于微观粒子具有波粒二象性,粒子的位置和动量不能同时有确定值(见测不准关系)。

波函数(wave function)是量子力学中用来描述粒子的德布罗意波的函数。

为了定量地描述微观粒子的状态,量子力学中引入了波函数,并用ψ表示。一般来讲,波函数是空间和时间的函数,并且是复函数,即ψ=ψxyzt)。将爱因斯坦的鬼场光子存在的概率之间的关系加以推广,玻恩假定ψ就是粒子的概率密度,即在时刻t,在点(x,y,z)附近单位体积内发现粒子的概率。波函数ψ因此就称为概率幅

通过薛定谔方程解出的氢原子核外电子出现的概率是与时间无关的。

为什么电子会以几率波的形式出现在核外,这是我们需要思考的问题。

任何物理现象,其背后都必定有更深层的原因,我们需要找出这个原因。

量子力学只是告诉我们,它的出现就是几率波,而没有告诉我们为什么。为此我们需要通过类比的方法加以思考,给出一个合理的解释。

首先,我们考察一个在圆环上运动的质点,在圆环上取一条截线,在与圆环相交的点上,考察该质点出现的概率:它会交替出现在左右两个交点上。这时,我们就可以把这个概率看成是一个波函数。但是这个波函数与量子力学中的波函数还是有区别的:它出现的概率和时间还有关联,是交替出现的,如果这时,圆环还在围绕它的直径旋转,这种时间上的关联性也会消失。也就是说,任何时候该质点出现在左边或者右边的概率是相同的。这样的概率表述就和量子力学中的波函数没有什么区别了。

二维或三维空间内的连续运动投影在一维直线上。它的表现形式就是波函数。

 接下来,我们来看在球面上运动的质点在球的截面上的投影,很显然,这个截图是一个圆,质点会有规律地交替出现在截图的圆周上。而如果此时圆球绕它的直径转动,我们得到的波函数就是与时间无关的概率波。可见三维运动投影在二维平面上,它的分布也可以用一个概率波来描述。

由此我们可以发现两个规律:

第一个规律是:发生在高维度空间中的连续运动,投影在低维度空间内,就会呈现出几率波的形式。

第二个规律是,必须是两种或两种以上的复合运动才会产生与时间无关的波函数。

我们再反观量子力学中的氢原子核外电子的波函数:它在三维空间内呈现波函数,它出现在空间任意一点的概率与时间无关。

通过上述规律我们可以对电子的运动轨迹给出如下描述:

氢原子核外的电子在四维空间内做连续运动,这种运动是两种或两种以上的运动模式的组合。

这样,我们就可以建立几率波的物理模型:几率波是发生在高维空间内的连续运动在低维度空间内的投影。

几率波的物理模型告诉我们,空间的维度有可能是高于三维的,下面我们来证明,第四维空间确实存在。

把相对论的光速不可超越和量子理论相结合,我们就可以推导出四维空间的存在。

 

氢原子核外1s轨道电子出现的概率与角度无关。把氢原子分成左右两个半球,则任何时候,我们在左半球找到电子的概率与在右半球找到电子的概率是相同的。

注意:是任何时候!!!

假定T0时刻电子与光子同时出现在左半球相同位置,光子运动到右半球所用的最短时间为 Δt。那么在T0+Δt/2时刻,我们在左半球找到电子的概率为1/2。还有一半的概率我们在左半球找不到电子。但是在此时刻,我们也不能在右半球找到电子。因为电子不可能运动的比光子还快。

这就意味着,在此时刻,电子有一半的概率不出现在三维空间的任何位置。它又确实存在的。你不能说它在此刻不存在,而下一刻又突然出现了。唯一合理的解释是:电子在四维空间内运动,在T0+Δt/2时刻,电子存在于其他的三维空间内。

所以,结合量子理论和相对论的基本观点,我们很容易得出结论:空间必然是四维的。

电子在氢原子核外的运动是发生在第四位方向的运动与在三维空间转动的复合运动。它在三维空间内的投影才会表现为与时间无关的概率波的形态。

 相对论是在闵可夫斯基四维时空中建立的科学理论,量子力学又告诉我们电子在四维空间内运动。唯一能够同时满足这两个理论的方法是将四维空间和闵可夫斯基四维时空观相结合,第四维方向既是时间轴又是空间轴,联系空间和时间的纽带是物体在四维空间内第四维方向的运动速度。称第四维方向为M轴方向。我们称这样的四维空间为真闵可夫斯基四维时空

 

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