量子物理錯在哪里？（一）－IT工程師數位筆記本

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一、量子力學的的由來

量子力學是學習現代物理的第一道門坎，難教、難學、難理解。每個進入物理專業的學生都要歷經量子力學的洗腦，達到波是粒子、粒子也是波的波粒二象性境界。要達到這樣的境界，就要淡化邏輯、擱置理性。早在幾十年前，勤于思考的北京大學物理系的學生就發出了吶喊：“量子力學不講理，量子力學是從天上掉下來的！”

宏觀世界的實物不可能同時既是粒子又是波，為什么到了微觀世界就要換一套思維、換一個邏輯？一個世紀的量子力學的詮釋史，幾乎就集中在認識波粒之魔的“本來面目”上，大師們費盡了腦筋，對學習經典物理一路走來的學生更是一個痛苦的過程。人們為什么要冷淡邏輯和理性的經典物理，而去研發復雜深奧的量子力學？我們先來看看量子物理的來歷。

100年前，物理學開始向微觀世界深入探討，探究者們作出了黑體輻射頻率與輻射量之間關系的實驗曲線（圖一，A實驗裝置，B實驗曲線）。其中著名學者普朗克所寫出的數學表達式與實驗曲線擬合得相當好，但是，普朗克的公式中，代表能量的數值不能是連續的，而必須是某個最小值的整數倍，這個最小值就是普朗克常量。

普朗克常量表達了微觀世界的實在，它揭示了在微觀世界，能量是不連續的，輻射能量也不能是無限小，它必須是普朗克常量的整數倍！自從經典物理建立以來，學者們在宏觀世界習慣了連續無級量變的思想方法，面對黑體輻射出現的量的不連續，陷入了深深的困惑。這給在宏觀世界的常規思維帶來了沖擊，也把科學帶入到了量子時代。

量子物理錯在哪里？（一）

A 圖一 B

接下來，物理學界相繼做出了光電效應、康普頓效應、湯姆孫實驗等等當時經典物理難以解釋的實驗。愛因斯坦提出：在光電效應實驗中，光象個胡桃（粒子）“敲打”出了電子（于是就有了“光子”之說）。在湯姆孫實驗實中，射出的電子在靶上形成了明顯的同心圓——衍射環，衍射是波的鮮明特征，那么電子就應該是波，而落在靶上時它又象是粒子，種種實驗，波、粒混雜的事實頻繁出現。

盡管這些實驗效應令人困惑，卻是自然的真實、必須認真面對，于是學界把波、粒統稱為量子，并提出假說：微觀世界的量子具有波、粒二象性，導致了二象性理論的建立，促成了量子力學的建立和發展，也帶來物理學的諸多茫然。

量子力學形成于20世紀20年代，針對經典物理的困惑，多位物理大師提出了新的猜想和假說，歷經了激烈的思想的碰撞。與此同時又不斷地有新的實驗出現，給一些新假說提供了有力的支持。于是，在多位泰斗的假說堆砌、相互印證之下，量子力學應運而生。

經大師們的后續補充，量子物理興隆了80年，有實驗、有理論、有公式、有習題，自成體系。其間良莠交織、魚龍混雜。二象性的理論雖然牽強難懂，暗藏不確定的危機，但泰斗之名如雷貫耳，其氣勢如虹，不容置疑。

需要說明的是：量子物理中,核外電子的躍遷輻射是有級的,玻爾先生的氫原子假說是符合實在的；量子物理揭示了微觀世界自然物質的一種基本特性——分立性或非連續性，理當予以肯定。泡利先生提出的不相容理論，經歷了實踐的檢驗，是應當遵循的原理。

正因為量子力學有這些對的成分，對的部分有實驗、有事實，錚錚如鐵。而錯謬暗藏其間，因而有很大的蒙蔽性。

因為夾雜謬誤底氣不足，量子力學沒有科學應有的邏輯、理性；沒有精確、嚴謹的因果關系。公式復雜、結果又不準確，總有一只不知死活的貓藏身其中。（物理泰斗薛定諤為解釋波、粒的不確定性所提出的著名的思想實驗：在裝有劇毒物品的鐵箱內有一只貓，貓的死活是不確定的，用以解釋物質是波、是粒子也是不確定的。因為有這種不確定性，有人戲稱原子中存在著幽靈。）

有幾個版本的《量子力學》第一章，為了陳述本學科存在的前提和必要性，一般都要列舉經典物理的五大困惑，這五大困惑實際上是包括上述實驗在內的五大實驗，實驗事實是不容置疑的。面對這些問題，經典物理無能為力、陷入困境，所以要拋棄經典另立量子力學。

需要指出的是，量子物理除了在“量”的思想方法上有所建樹外，仍然延續著電子云、自由電子這些物理源頭的疏誤，并沒有清楚地解釋五大實驗中的問題，只是用波、粒混淆的二象性這深層的迷茫替換經典物理直觀的困惑、用臆想的物質波偷換電子運動所伴生的波；量子力學的數學基礎——波函數不具備物理模型，對物理實在的描述是不完備的，多了些復雜而又不準確的計算，走了一條更彎的彎路。

二、幾十億人見證的實驗

早在1820年，奧斯特發現了直流電對導線外小磁針的作用，180多年來，這個實驗就一直占據著我們的物理課堂，凡上過中學的人都觀察到或親手做過這個實驗，這是個幾十億人見證的實驗。

該實驗顯示：只要直流電導通，電珠發光，導線的周圍立刻會產生磁場，導線附近的小磁針立即偏轉，雜亂無章的鐵粉在導線周圍形成了規則的同心圓；用右手定測能測定電流方向與磁場之間的確定的關系。斷開，小磁針立即復原，人人都知道實驗結論：電流（電子的直流）會產生磁場。

見圖二。

量子物理錯在哪里？（一）

圖二

物理學是一門揭示自然規律的科學，是一門仰賴于實驗的科學。奧斯特實驗是一個非常明顯的宏觀的電、磁現象，其微觀機理是什么？應當引起深思。其實，奧斯特實驗就是最早的波粒二象同時顯現的實驗，實驗中，導線內定向流動的電子是粒子（每個電子有穩定的質量、電荷，電子的粒子性不容置疑）。在通電后，雜亂的鐵粉立即形成環繞導線規則的同心圓，同心圓是衍射的表象、是波的明顯特征。這個早在180年前的實驗，就有了波、粒二象的同時呈現。

面對磁針偏轉，流傳的理論是：電流產生磁場。電流為什么能產生磁場？場是波的集合，波是場的本源，磁場發生的微觀效應是什么？實驗中，電子只能在導線內定向移動；波的集合（同心圓）在導線周圍顯現，導線內的粒子（電子）與導線外的波涇渭分明，雖然波、粒同時呈現，但粒子是粒子，波是波，不存在所謂的粒子是波的二象性。實驗顯示：電流導通磁場產生；電流反向磁場反向，二者相依相伴。導線周圍的磁場總是伴隨著電流的導通而隨即發生——伴生。

電流伴生著磁場，是自然事實，同心圓的呈現，是自然規則的顯示和闡述。電流是大量電子的同向流動，形成（伴生）的是宏觀的磁場；那么，微觀、少量（乃至單個的）電子運動所伴生的是電磁波，大自然在奧斯特實驗中提示著我們：——電子的運動伴生著電磁波。

盡管電子的運動伴生電磁波的微觀機理尚待我們探索；但電子的運動伴生著電磁波的自然事實我們必須承認并真誠面對。

粒子和波是不同的概念，電子不可能二者都是，也不會都不是，然而這樣的伴生則是自然事實，而且經常發生，事物運動時周圍伴生著其信息是大自然的普遍現象：走路伴生著腳步聲、飛機伴生著轟鳴、船行伴生著波浪；溫血動物體外伴生著紅外線、并伴生氣味標識勢力范圍、昆蟲伴生著信息素、植物的花果飄香……人們用鉗形電流表測量的是電磁的感應，得到的是電子的流量。

一百年來，人們相繼作出：光電效應、約恩孫實驗、湯姆孫實驗等多種波、粒同時呈現的實驗，波的照射發生了粒子效應；粒子具有波的特征。由于忽視奧斯特實驗、忽視伴生這個自然的普遍現象，忽視了電子的運動伴生著電磁波，探索者在波、粒的問題上糾纏、琢磨，先是在“是粒子還是波”中刻意選擇，厘之不清，然后就提出了“既是粒子又是波”，把波粒混為一體，使量子物理陷入波、粒悖論的泥沼。

電子是波與電子運動伴生著波是不同的概念，（人走路伴生著腳步聲能不能說人就是腳步聲？）波是連續延伸擴散的；粒子是單個獨立的，既是波又是粒子的提法是與邏輯相悖的，既是又是構成了量子力學不講理的起端。而今，用電子運動伴生電磁波的理念來領悟會上述種種實驗。會有非常恰適的闡釋，因為實驗本身就是電子的運動伴生著電磁波的自然事實的表現。

參考文獻：

晏成和：《物理新視點》湖北人民出版社 2006、10、

李學生：《量子力學基礎的思考》 2006、