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 再论波粒二象性 |
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Truman
性别: 
加入时间: 2010/12/14
文章: 416
经验值: 15459
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作者：Truman 在 驴鸣镇 发贴, 来自 http://www.hjclub.org
我在下面这个帖子里
http://www.hjclub.info/bbs/viewtopic.php?p=2868656
说：量子态不是下面三者任何之一
1. 粒子， 2. 波， 3. 既是波又是粒子
我后来一想，在物理或者数学里面，如果是学这两个专业的人看到某个公式，或者一个推导过程，一看便知是这样，以后直接拿来用就是了。但是对于外人来说，他们肯定不是这么认为的。比如我上面那个帖子里的论证，我觉得我已经解释的很清楚了，但估计非学物理的人可能还是不能理解：量子态不是显示出波和粒子的部分的特性了吗？为什么不能看作既是波又是粒子。
因此我想再把这个问题细致地讨论一下。
要说明量子态是不是粒子，或者波，或者既是波又是粒子，需要从我们的语言包含的逻辑来考虑。这个分三种情况。
第一种情况：
这个又分两种：
情况a:
Truman是个华人。
上面这个论述里Truman是华人这个集合里面的一个元素。
情况b：
所有中国人是华人。
上面这个论述里中国人是华人这个集合的一个真子集。
第二种情况：
所有有美国国籍的人是美国公民。
上面这个论述里所有有美国国籍的人这个集合与美国公民这个集合完全等价。
第三种情况：
新加坡公民是加拿大公民。
上面这个论述里面新加坡公民和加拿大公民里面可能包含拿了两个国家国籍的人，但它们分别
还各自包含没有同时拿这两个国家国籍的其公民。因此它们不是等价的，所以这个陈述是错的。
上面这个表述可能还不够清晰，我再用集合的例子来说明：
有两个集合1和集合2
集合1包含下面三个元素
a, b, c
集合2包含下面三个元素
b, c, d
我们可以看出虽然集合1和集合2有交集都含有元素b和c，但是它们又分别含有各自不含有的元素a和d。因此这个两个集合是不等价的，因此我们不能说集合1是集合2或者说集合1是集合2的真子集，或者反过来。
我们可以看到第一种情况，正着说可以，但反过来说就不可以，也就是说中国人是华人是对，但要说华人是中国人就是错的。第二种情况则正着说反着说都可以。第三种情况则不管正着说还是反着说都是错的。
好了，现在有了上面讨论的基础，我们再来看看我最上面那个关于量子态的陈述，也就是量子态不是下面三者任何之一
1. 粒子， 2. 波， 3. 既是波又是粒子
我在上面我给的帖子里面已经说了，
量子态在实验的时候会出现粒子性，量子态的粒子性只是离散性不同于经典物理里面粒子的属性，经典物理的粒子除了离散性还有，确定的位置，同时具有确定的动量，而量子态里的粒子性没有这个属性。
量子态在实验测量的时候也会表现出波动性，量子态的波动性与经典物理里波动性的区别是量子态的“波”的振幅是一种概率幅，量子态的“波”被称为概率波，而经典物理的波不是概率波，它的振幅不是概率幅那样要归一化的振幅。
然后，下面我要再说量子态除了表现出上面这两个属性的一个属性。
量子力学里面有个物理概念叫纠缠态。这是两个粒子(这里假定是电子)以某种形式关联起来的量子态。简单的数学标记是这样的：
|a上>|b下>+|a下>|b上>
这里的a和b表示两个电子，
|a上> 表示a电子自旋向上
|a下> 表示a电子自旋向下
|b上> 表示b电子自旋向上
|b下> 表示b电子自旋向下
这种量子态有个非常怪的特性，如果我们对其中一个电子的自旋进行测量，假如测得a电子的自旋向上，然后再来测量b电子，我们会发现它的自旋向下，而且是瞬时完成的。既使两个粒子距离非常遥远也是这样，它们的量子态在其中一个假如在测量时坍缩为向下，那么另外一个必然瞬时坍缩向上。这里出现某种类空间隔的特性，也就是超光速的特性，或者说超距作用。就因为这个特性，爱因斯坦认为量子力学不是完备的。
上面这个属性不是既是波又是粒子的属性能表现出来的，是一种完全新属性。
除了这个属性还有其它很多既是波又是粒子能够表现出来的属性，比如粒子的全同属性。任意个费米子不能同时处于同一个量子态，而任意个波色子却可以处于同一个量子态。等等还有其它很多既是波又是粒子不能解释的属性。
从上面的分析大家应该能看到
量子态具有超过 粒子（离散性，与经典物理粒子具有的共同属性）， 波（概率幅，与经典物理波不同）， 和 既是波又是粒子三种属性的其它属性。如果用一个集合来表示的话，这个集合可以表示如下
1. 粒子（离散性，与经典物理粒子具有的共同属性）， 2. 波（概率幅，与经典物理波不同）， 3. 既是波又是粒子， 4. 全同性，5。纠缠性（这个是我给它取的名字，可能不准确）6.其它很多属性
我在前面已经说了，一个集合不是它的子集。因此可以得出量子态不是
1. 粒子（离散性，与经典物理粒子具有的共同属性）， 2. 波（概率幅，与经典物理波不同）， 3. 既是波又是粒子
这三者任何之一。
上面这里是按最上面第一种陈述情况来说的，如果把这里的粒子和波理解为经典的粒子和波，
那么这个就要按第三种陈述的情况来说的，它们就只是是有交集的不同的集合。
其实在物理或者数学上说某个概念等于另外一个概念必然是两个概念的完全等价，或者说两个集合的完全等同，要不就会说某个概念是某个概念的特殊情况，或者说子集。
我想我上面的讨论已经能够说明我想要说明的东西了，如果你们还不能理解，我也无能为力了，我也只有这个能耐了。
最后再来说说那个潜水多年纠缠我对芦笛一个表述的修改，
芦笛的表述是这样的：
“有趣的是，在同一条件下，光或表现其粒子性，或表现其波动
性，不能同时表现出两个特性来。”
我的表述：
“在实验的条件下，人们观测到光或表现为粒子行为，或表现为波动
行为，不能同时表现出两个行为来。”
其实这句话出自波尔，下面的话出自波尔：
“由于物质具有波粒二象性，根据互补原理（Complementarity principle），一个实验可以展示出物质的粒子行为，或波动行为；但不能同时展示出两种行为。（尼尔斯·玻尔）”
引自
http://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%93%A5%E6%9C%AC%E5%93%88%E6%A0%B9%E8%A9%AE%E9%87%8B
看到实验没有？芦笛说的准确吗？还是我说的准确？如果你不赞同我的表述，那你去和波尔争论。
作者：Truman 在 驴鸣镇 发贴, 来自 http://www.hjclub.org |
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