量子力學本质的哲学问题.docVIP

量子力学本质的哲学问题 ? 　 　　但在做这一点以前，让我们再次不揣重复地概述一下物理学中的重要发展，正是这些发展带来了基本概念和理论的基础性变化。为了避免太多的重复，我们略去了实验支持方面。 　　（1）17世纪，牛顿奠定了（经典）物理学的基础，它具有独立的（欧几里得）空间和（绝对的）时间概念，以及隐含决定论与因果性的运动定律，这个体系在两个世纪内未受到物理学家或哲学家的挑战。 　　（2）1900年，普朗克多少受实验结果所迫引进了辐射的量子理论。1905年，爱因斯坦由此进而提出了光子理论，具有如下关系：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 3）在狭义相对论（1905年）中，爱因斯坦指出，独立时空、绝对时间和绝对同时性的概念必须抛弃。在广义相对论（1915-1916年）中，他又引进了非欧时空概念以代替牛顿体系中的欧氏空间。 　　（4）1913年，玻尔理论引入了革命性的由量子化条件所规定的定态概念。对原子光谱的广泛而精细的研究，表明氢原子理论是成功的。每一个理论的或实验的结果（原子光谱、光电效应、康普顿效应、施特恩-革拉赫实验中的空间量子化，等等）都显示出普朗克常数h的存在，这增加了经典物理学不合适性的证据。 　　（5）但到了20年代初，对玻尔理论的最初的高度热情开始让位给深刻的思考。该理论不仅没有提供使理论推广到多电子原子问题的线索；物理学家们也因为理论的不一致而变得不安，理论中经典概念和原理的使用只是被忽视，并与外来的公设相矛盾。有些物理学家开始相信，进步不能只通过对经典理论与量子理论拼拼凑凑去寻求，这样的量子理论仍然只具有修正和改进的性质，它明显地还不足以形成一个一致的和完备的理论；一个一致的和完备的理论可能需要一个完全新的基础。 　　（6）物理学最值得庆幸的时期是在20年代早期，当时有一批才华横溢的年轻理论物理学家〔泡利（1900-1958）、费米（1901-1954）、海森伯（1901-1976）、狄拉克（1902-1984）〕，有一批稍为年长一点的理论物理学家〔薛定谔（1887-1961）、德布罗意（1892-1987）〕，还有一大批资深的大物理学家〔普朗克（1858-1947）、索末菲（1868-1951）、爱因斯坦（1879-1955）、玻恩（1882-1970）、玻尔（1885-1962）〕。他们是量子力学和量子理论的创始人。 　　德布罗意点燃了思想的火花（1924年），薛定谔发展了整个数学结构（1926年），而玻恩提供了波动力学的概率诠释（1926年）。海森伯从一个不同的方向出发提出了矩阵力学的思想并和玻恩、约旦一起完成其数学结构（1925年）。狄拉克发展出量子力学的普遍形式和变换理论（1926-1927年）。在量子力学的物理意义上，海森伯从爱因斯坦-德布罗意关系出发发现了不确定性原理（1927年），此后不久，玻尔提出了他的互补性思想（1927年）。到1927年底，量子力学的数学结构和物理诠释就完备了。在前一章中，我们已经看到了量子力学的公设形式结构。 　　（7）公设间的内在关系（爱因斯坦-德布罗意关系和不确定性关系并没有明显地出现在公设中）可以方便地以下面的图示表达出来。 　　薛定谔 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　海森伯 　　波动力学（1926年）　　　　　　　　　　　　　　　　 矩阵力学（1925年） 　　 　　　　　　　 　　　　　 　　　　＋ 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　＋ 　　概率公设　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 概率公设 　　玻恩（1926年）　　　　　　　　　　　　　　　　　　 玻恩（1926年） 　　　　｜ 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　｜ 　　傅里叶变换　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 韦耳（1928年） 　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　 1905年） 　　德布罗意（1924年） 　　这个图示中，箭头所指的方向意为“导致”。例如，算符（q，p）＝ 样，从爱因斯坦-德布罗意关系，海森伯于1927年3月证明了不确定性关系；韦耳在1928年指出，从对易关系和概率公设，不确定性关系就能 换得到证明。 　　（8）我们现在可以简述要旨。 　　在前节中，已经表明经典物理学的失败（至少是不合适）可以概括在爱因斯坦-德布罗意关系中，这个关系展示出基本经典概念的明显矛盾，而这个关系又是得到实验的强有力支持的。它同时也表明，普朗克-爱因斯坦-玻尔的量子理论除氢原子以外未能成功，并且在把经典概念和原理与完全外来的公设结合中常有内在的不相容性。 　　在前面第九章中所描述的德布罗意和薛定谔的工作，以及海森伯的工作，都力图构建数学框架以处理原子现象。到1927年，量