《哲学小辞典·辩证唯物主义和历史唯物主义部分》3.104 量子力学

【本文转载自上海人民出版社1975年 仅供学习参考】

104、量子力学

  现代物理学理论基础之一。研究微观粒子[1]运动规律及其性质的理论。

  十九世纪末，经典物理学对微观物理现象，例如黑体辐射的实验规律，无法解释。一九〇〇年，普朗克为了说明黑体辐射的实验规律，在物理学中引入量子概念。他认为，黑体辐射的能量不是连续变化的，只能以某一最小单位的整数倍发生变化，这个最小单位就称为能量量子。并且发现物质吸收或发射的辐射能量量子，它的大小是hv，其中五是比例常数，就是所谓“普朗克常数”；v是辐射频率。这就是量子理论的开端。一九二四年，德布罗意提出，微观粒子不仅具有粒子性，而且具有波动性。微观粒子的运动规律不能用通常的宏观物体的运动规律来描写。它被大量的实验事实所证实。此后，量子力学出现两种形式：一是矩阵力学形式，即用数学工具矩阵代替经典力学的物理量，从而把经典力学改变为矩阵力学。二是波动力学形式，即通过几何光学与经典力学的类比，建立了薛定谔方程。不久，薛定谔又证明了这两种形式可以相互转换。一九二八年，狄拉克推广薛定谔方程，使之能适用于高速微观粒子的情况，得出所谓狄拉克方程。量子力学的基本原理先后被应用于化学、金属、半导体、超导体、等离子体、激光以及原子核内部等，都取得显著成效。

  在量子力学里，物理体系的运动状态是用一个时、空的函数来描述的，称为波函数。在给定的条件下，薛定谔方程可以确定波函数的变化规律，从而给出各种运动状态随时间变化的规律，并用算符或矩阵方法对各物理量进行计算。在解决原子核和基本粒子的某些问题时，量子力学必须与狭义相对论结合起来处理，并由此逐步发展到现代的量子场论。量子力学只能在一定程度上确定某些成对的物理量，例如粒子的动量和位置、时间和能量。而粒子位置的确定程度和粒子的动量的确定程度又满足一定的关系，即所谓“测不准”关系。其一确定的程度越高，其另一的确定程度就越低[2]。这是微观粒子具有波粒二象性的反映。可是有些人却歪曲这种关系，错误地把它说成是对微观世界认识的“极限”，并称它为“测不准原理”。像玻尔还认为测不准关系的出现是由于微观粒子的观测，要分为对位置[3]的和对动量[4]的两类。它们是互相排斥的，但又必须“互补”或“并协”起来，才能得到对粒子的完全的认识。这种“互补性”或“并协性”是微观现象的基本特征。他还认为测量结果的这种互补、互斥的特征，来自微观粒子和测量仪器之间的不可控制的相互作用，因此不能把微观客体的行为同观测仪器的相互作用明确分割开来，借此宣扬客体与主体不能分开的主观唯心论。

  对量子力学的基本解释至今还存在着争论。争论的焦点主要在于上述的统计规律是不是微观客体的最基本的规律，在其背后还有没有更基本的规律。以玻尔、海森堡、玻恩、狄拉克为代表的所谓哥本哈根学派认为，波函数的统计解释是微观客体的最基本的规律，在其背后不存在更基本的“决定性”规律。长期以来，他们成为量子力学的“正统”派。他们在哲学上是以实证主义不可知论为其核心，反对唯物主义实体观，否认微观现象的决定论描述。实际上堵塞了人们深入认识微观世界的道路，阻碍了科学的发展。以德布罗意[5]和玻姆[6]为代表的一派认为，微观现象应该有更基本的“决定性”规律，这种规律是可以找到的，它是量子力学的基础；目前量子力学的统计性质，只是来自更深层次中的波和粒子的剧烈扰动的统计平均的结果；要详细研究单个微观粒子的决定性运动，应该探求目前尚隐藏在这个亚量子力学层次中的某些因素，对于量子力学来讲，它们就是隐变量。对上述两种观点，我们必须用马克思主义的观点和科学实践，加以鉴别。

注：

[1] 如核子、原子、分子等。

[2] 时间与能量也一样。

[3] 或时间。

[4] 或能量。

[5] 双重解理论。

[6] 隐变量理论。