关于量子力学发展早期的学派之争的评述 1引言 20世纪初建立的量子力学是对经典物理学的革命性的突破.与经典物理学不同,它是硏究微观世界的科学.因而对于物理学 家来说,需要建立起崭新的概念和思想方法,也就是需要有新的哲学观点来解释它.同时也引发了一场空前的物理学和哲学 上的大争论.比如,波函数、不确定关系等量子力学中的主要概念和原理,各学派之间有着不同的看法和观点.然而,这场 争论也推动了量子力学的发展.本文对量子力学发展早期的学派之争作一简要的评述,从而有助于更深入地了解量子力学的 发展过程 2哥本哈根学派对量子力学的解释 哥布哈根学派是20世纪20年代初期形成的,为首的是丹麦著名物理茡家尼尔斯·玻尔,玻恩、海森伯、泡利以及狄拉 克等是这个学派的主要成员.它的发源地是玻尔创立的哥本哈根理论物理研究所.哥本哈根学派对量子力学的创立和发展作 出了杰出贡献,并且它对量子力学的解释被称为量子力学的"正统解释".玻尔本人不仅对早期量子论的发展起过重大作 用,而且他的认识论和方法论对量子力学的创建起了推动和指导作用,他提出的著名的"互补原理"是哥本哈根学派的重要 支柱.玻尔领导的哥本哈根理论物理研究所成了量子理论研究中心,由此该学派成为当时世界上力量最雄厚的物理学派. 哥本哈根学派的解释在定量方面首先表述为海森伯的不确定关系.这类由作用量量子h表述的数学关系,在1927年9月 玻尔提出的互补原理中从哲学得到了概括和总结,用来解释量子现象的基本特征一波粒二象性.所谓互补原理也就是波动性 和粒子性的互相补充 该学派提出的量子跃迁语言和不确定性原理(即测不准关系)及其在哲学意义上的扩展(互补原理)在物理学界得到普遍 的采用.因此,哥本哈根学派对量子力学的物理解释以及哲学观点,理所当然是诸多学派的主体,是正统的、主要的解释 3玻恩的量子力学统计解释 对量子力学解释的统计观点认为,量子力学对客观世界的描述只能是统计性的,而不是决定论的,也不能描述单独发生 的事件.最早提出这概念的是玻恩,1926年他写了一篇不到5页的文章-”论碰撞过程的量子力学",认为波函数服从统计 原理,波函数模量的平方代表粒子出现的概率 值得说明一点的是,玻恩的观点最早也为玻尔、海森伯等人所接受,就其哲学思想来说和哥本哈根学派是一致的,但在 量子力学解释的看法上却是有差别的,尽管都承认概率的概念,但哥本哈根学派认为这种概率可以描述单个事件,而这里所 说的统计解释则刚好否认这一点.在这一点上爱因斯坦的观点是与玻恩一致的 玻恩受爱因斯坦思想的启发,认识到可以通过概率的途径将"粒子与波"合理地联系起来."概率”一词意味着可能性 程度,概率也叫几率、可能率、或然率,这许多名词都是同—个意思.要正确理解玻恩的概率解释,关键在于分淸两个关 系:一个是波与粒子(例如,电子)的关系,另一个是单个粒子(例如,电子)与粒子总体(例如,电子流)的关系 为了说明玻恩的概率的解释,我们可以结合具体的电子衍射实验.在这一实验中,可以得岀电子-电子流-波三者之间 的有机联系.在实验中,人们控制电子束,使电子一个一个地穿过薄晶片再射到照相底片上.实验结果是:单个电子虽然能 绕射到几何阴影区内,却只能完全随机地形成一个个斑点(一个电子对应一个斑点),不能直接生成衍射图样;然而作为许 多个电子累积的统计总和的粒子全体则可以得到衍射图样,这个图样显示出电子的波动性 从波动观点看,底片上衍射极大处,波的强度(即振幅平方)较大:从粒子观点看,单个粒子在某处的出现是随机的, 但粒子总体则满足统计规律.在这里,可以用统计观点看待单个粒子与粒子总体的联系,并将波的观点与粒子观点结合起来 了,但这里的波是特殊意义的波,因而被称为"概率波"·这种对物质波衍射与实物粒子的波粒二象性的理解,称作统计解 释或概率解释 4量子力学的隐参量解释 提出隐参量解释的观点的主要是玻姆.这种观点认为,量子力学只给微观客体以统计性的描述是不完备的,需要引入 些新的附加参量,以便对微观客体作进一步深入的描述,这些新参量称做隐参量 玻姆把粒子看作是”客观实在的"结构,就象牛顿力学中的质点一样.位形空间中的波在他的解释中也是"客观实在的 就象电场一样.位形空间是牵涉到属于系统的全部粒子的不同坐标的—一个多维空间.玻姆又进一步规定恒波相面的法线是 子的可能轨道.按照他的想法,这些法线中哪一条是"实在的"轨道取决于系统和测量仪器的历史,并且如果对系统与测关于量子力学发展早期的学派之争的评述 1 引言 20 世纪初建立的量子力学是对经典物理学的革命性的突破．与经典物理学不同，它是研究微观世界的科学．因而对于物理学 家来说，需要建立起崭新的概念和思想方法，也就是需要有新的哲学观点来解释它．同时也引发了一场空前的物理学和哲学 上的大争论．比如，波函数、不确定关系等量子力学中的主要概念和原理，各学派之间有着不同的看法和观点．然而，这场 争论也推动了量子力学的发展．本文对量子力学发展早期的学派之争作一简要的评述，从而有助于更深入地了解量子力学的 发展过程． 2 哥本哈根学派对量子力学的解释 哥布哈根学派是 20 世纪 20 年代初期形成的，为首的是丹麦著名物理学家尼尔斯 · 玻尔，玻恩、海森伯、泡利以及狄拉 克等是这个学派的主要成员．它的发源地是玻尔创立的哥本哈根理论物理研究所．哥本哈根学派对量子力学的创立和发展作 出了杰出贡献，并且它对量子力学的解释被称为量子力学的 " 正统解释 " ．玻尔本人不仅对早期量子论的发展起过重大作 用，而且他的认识论和方法论对量子力学的创建起了推动和指导作用，他提出的著名的 " 互补原理 " 是哥本哈根学派的重要 支柱．玻尔领导的哥本哈根理论物理研究所成了量子理论研究中心，由此该学派成为当时世界上力量最雄厚的物理学派． 哥本哈根学派的解释在定量方面首先表述为海森伯的不确定关系．这类由作用量量子 h 表述的数学关系，在 1927 年 9 月 玻尔提出的互补原理中从哲学得到了概括和总结，用来解释量子现象的基本特征 -- 波粒二象性．所谓互补原理也就是波动性 和粒子性的互相补充． 该学派提出的量子跃迁语言和不确定性原理 ( 即测不准关系 ) 及其在哲学意义上的扩展 ( 互补原理 ) 在物理学界得到普遍 的采用．因此，哥本哈根学派对量子力学的物理解释以及哲学观点，理所当然是诸多学派的主体，是正统的、主要的解释． 3 玻恩的量子力学统计解释 对量子力学解释的统计观点认为，量子力学对客观世界的描述只能是统计性的，而不是决定论的，也不能描述单独发生 的事件．最早提出这概念的是玻恩， 1926 年他写了一篇不到 5 页的文章 --" 论碰撞过程的量子力学 " ，认为波函数服从统计 原理，波函数模量的平方代表粒子出现的概率． 值得说明一点的是，玻恩的观点最早也为玻尔、海森伯等人所接受，就其哲学思想来说和哥本哈根学派是一致的，但在 量子力学解释的看法上却是有差别的，尽管都承认概率的概念，但哥本哈根学派认为这种概率可以描述单个事件，而这里所 说的统计解释则刚好否认这一点．在这一点上爱因斯坦的观点是与玻恩一致的． 玻恩受爱因斯坦思想的启发，认识到可以通过概率的途径将 " 粒子与波 " 合理地联系起来． " 概率 " 一词意味着可能性 程度，概率也叫几率、可能率、或然率，这许多名词都是同一个意思．要正确理解玻恩的概率解释，关键在于分清两个关 系：一个是波与粒子 ( 例如，电子 ) 的关系，另一个是单个粒子 ( 例如，电子 ) 与粒子总体 ( 例如，电子流 ) 的关系． 为了说明玻恩的概率的解释，我们可以结合具体的电子衍射实验．在这一实验中，可以得出电子 - 电子流 - 波三者之间 的有机联系．在实验中，人们控制电子束，使电子一个一个地穿过薄晶片再射到照相底片上．实验结果是：单个电子虽然能 绕射到几何阴影区内，却只能完全随机地形成一个个斑点 ( 一个电子对应一个斑点 ) ，不能直接生成衍射图样；然而作为许 多个电子累积的统计总和的粒子全体则可以得到衍射图样，这个图样显示出电子的波动性． 从波动观点看，底片上衍射极大处，波的强度 ( 即振幅平方 ) 较大；从粒子观点看，单个粒子在某处的出现是随机的， 但粒子总体则满足统计规律．在这里，可以用统计观点看待单个粒子与粒子总体的联系，并将波的观点与粒子观点结合起来 了，但这里的波是特殊意义的波，因而被称为 " 概率波 " ．这种对物质波衍射与实物粒子的波粒二象性的理解，称作统计解 释或概率解释． 4 量子力学的隐参量解释 提出隐参量解释的观点的主要是玻姆．这种观点认为，量子力学只给微观客体以统计性的描述是不完备的，需要引入一 些新的附加参量，以便对微观客体作进一步深入的描述，这些新参量称做隐参量． 玻姆把粒子看作是 " 客观实在的 " 结构，就象牛顿力学中的质点一样．位形空间中的波在他的解释中也是 " 客观实在的 " ，就象电场一样．位形空间是牵涉到属于系统的全部粒子的不同坐标的一个多维空间．玻姆又进一步规定恒波相面的法线是 粒子的可能轨道．按照他的想法，这些法线中哪一条是 " 实在的 " 轨道取决于系统和测量仪器的历史，并且如果对系统与测