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楼主: henryharry2

[建议] 新量子物理

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 楼主| 发表于 2016-5-1 05:26:56 | 显示全部楼层

量子力学的基础问题

量子力学的基础问题难住了上世纪所有的物理学家。爱因斯坦和波尔为此论争了几十年,爱因斯坦提出了著名的EPR悖论。波动力学的创始人薛定锷也提出了著名的薛定锷猫悖论。假如万物都是生命,这个问题其实特别简单,费曼说量子力学的基础是双缝实验,粒子是生命就有生命周期,生命周期等同于有相位,从而可以产生干涉,另外,生命又具有粒子性。
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 楼主| 发表于 2016-5-1 05:31:03 | 显示全部楼层

头晕

量子力学的数学复杂的让人头晕,用我们的唯物主义观点,量子力学现象很容易理解。粒子在绝对零度时仍然保持着活力,即著名的零点能,这也是液氦在绝对零度的常压下仍然保持为液体的原因。细菌也有很强的生命力,阿波罗飞船带到月球的细菌,在月球那种无水无空气、或者酷热或者极端寒冷的极端环境下,仍然可以存活,只不过它们的代谢活动都已经停止。我还发现,量子场论里的最小耦合原理实际上与细胞生物学的中心法则是等价的,电荷是个信息流,类似于脱氧核糖核酸。
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 楼主| 发表于 2016-5-4 10:58:23 | 显示全部楼层

“实在”的图像

薛定锷的波函数ψ是个复数,它有一个数值和一个相位。相位因子导致表征波特征的干涉现象。量子相位θ是量子力学的一个特殊性质。当量子相位可以被忽略时,干涉效应消失,量子力学约化为经典力学。
在|薛定锷鸡> →|薛定锷蛋>的跃迁中有一个量子的生命周期,等同于量子相位,可以给出量子干涉现象的理论解释。另一方面,“薛定锷蛋”理论是唯物的。当今许多物理学家有一种共识,认为量子力学并未提供我们“实在”的图像!一个世纪以来,关于量子力学的基础问题已经出现了很多种理论,只有“薛定锷蛋”是实在的。
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 楼主| 发表于 2016-5-5 09:23:31 | 显示全部楼层

运动钟的频率降低与运动电子的频率升高

我们知道,一个运动的钟比静止时走得慢。运动着的原子钟频率降低,运动着的电子频率却升高(自旋加快),两者产生了矛盾。原因何在?
德布罗意对此有一种解释。他认为运动的钟频率降低是静止观察者注视到对应于钟(原子)内部的一种场频,而运动的电子频率升高是与粒子(电子)联系在一起的某种波的频率。但是,这两个场各是什么场,德布罗意没有做出明确说明。对应于原子钟内部(实则为坐标系内)的那个场,不是别的,刚好是坐标系内决定记时单位的光(电磁场)。运动钟走时慢——频率低,是因为动系内光走斜线,它有一个较大的记时单位,因此,运动的钟走时慢些;静止钟走得快——频率高,是因为静止系内光走垂线,它有一个较小的记时单位,因此,静止的钟走时快些。
坐标系内部有一个记量时空的场——观察信号存在!并且坐标系的运动要影响场的特性,如波长、频率的变化等。而德布罗意所说的另一个与粒子联系的波动场的频率,则是由上述记时场测量的康普顿波的场频。人们看到的粒子形象,正是由这个波场提供的。
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 楼主| 发表于 2016-5-11 13:24:24 | 显示全部楼层

本体论

关于波函数的解释,存在两个不同本体论的推论。一个是实在论倾向的推论,最初由德布罗意本人得出,随后为薛定锷接受;这一推论断言德布罗意波,是真实的、三维的、连续的物质波,恰如普通光波一样。另一个推论本质上是概率的,由玻恩得出。
速度为V的粒子能以群速V运动的波包来表示;基于这一假设,薛定锷建议彻底抛弃粒子本体(1926c)。“薛定锷蛋”理论确实能够恢复物理学的“神志”,薛定锷把物理实在看作仅由波组成,而德布罗意还接受经典粒子的实在性。“薛定锷鸡”是波、又是粒子,符合德布罗意的观点,“薛定锷蛋”理论没有波包扩散的问题,也没有波的相速度大于光速的问题,那些问题都是理论家们想太多了导致的;运用动态重整化可以解释粒子衰变问题。
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 楼主| 发表于 2016-5-12 04:45:11 | 显示全部楼层

互补性原理

1927年,玻尔提出了他关于量子物理学的互补性观点。他主张,按照波粒二象性的要求,必须对经典概念进行修正。因为根据经典概念,物理实体只能或者被描述成连续的波,或者被描述为不连续的粒子,而不能同时被描述为两者。玻尔强调在原子领域,光和物质的波和粒子模式既非矛盾也非佯谬,更确切地说是互补的。(因此,根据玻尔,海森堡的不确定性关系只是互补性的一种特殊情形,因为正则共轭量并不真的相互排斥。) 我认为,“薛定锷蛋”理论给出了玻尔的互补性原理的合理解释,|薛定锷鸡> →|薛定锷蛋>的跃迁过程中,相位在变化、表现的像波,同时也像粒子。
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 楼主| 发表于 2016-5-13 14:34:25 | 显示全部楼层

量子佯谬

|Ψ|的平方是概率,用ρ标记。还存在更普遍的概率形式,它对应于各种波函数的叠加而得到的系综。量子理论的基本假设是:每一个动力学问题可以在概率幅层次上解决。但是,为了把明确定义的属性赋给物质,我们必须超出概率幅,我们需要概率本身。我们必须从由波函数Ψ所描述的潜在性转向我们可以测量的实在性。在量子理论的传统语言中,我们是从纯粹状态(波函数)转向系综,即混合物。但这如何可能呢?薛定锷方程将一个波函数变换为另一个波函数,而不是变换为系综,这一直被称为量子佯谬。
可以看到,要解决量子佯谬,“薛定锷蛋”理论是必须的。一方面|薛定锷鸡> →|薛定锷蛋>的量子跃迁和薛定锷波函数等价,另一方面,“薛定锷蛋”可以将波函数临时转化为几率密度ρ。在“薛定锷蛋”理论,波函数演化和测量过程不是两个截然不同的过程,而是同一个过程的不同方面,因而不存在量子佯谬和测量疑难。
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 楼主| 发表于 2016-5-17 05:29:14 | 显示全部楼层

唯有相位

与玻恩的概率解释相一致,波函数通常称为“概率波”。但这是一个难以令人满意的描述。首先,ψ(x)本身是复的,它不可能是一种概率;此外,ψ的相位(确定到一个常数因子)是薛定锷演化方程的一个关键因子。即使将ψ的模的平方看作是“概率波”也难以满意。对一个动量态,ψ的模|ψ|在整个时空区域实际上是常数,它无法提供任何信息,甚至连波的运动方向都给不出!使ψ具有“波”特性的唯有相位这个量。另外,概率从不为负值,更甭说是复的了。如果波函数是这种概率波,那么就不会存在相消干涉的取消。而这种取消正是量子力学的一个特征,唯其如此才有双缝实验的生动描述!
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 楼主| 发表于 2016-5-19 13:59:20 | 显示全部楼层

隐变量

在量子力学的早期,爱丁顿认为,量子概率是“通过引入沿相反方向的两个对称行波系统而获得的”。薛定锷方程是描述概率幅演化的波动方程。若我们取薛定锷方程的复共轭,也就是用-i取代i,用Ψ*取代Ψ,用-t取代t,则我们回到薛定锷方程。因此,正如爱丁顿所述,Ψ*可视为向过去传播的波函数。在量子理论中,概率是时间对称的。这导致需要引入量子理论的二元表述所造成的时间佯谬。
在“薛定锷蛋”理论中,假设|薛定锷鸡> →|薛定锷蛋>的跃迁代表波函数Ψ的时间演化,那么|薛定锷蛋> →|薛定锷鸡>就代表共轭波函数Ψ的时间演化,这对于时间演化实际上是不对称的,不存在量子佯谬和时间佯谬。倒是类似于德布罗意的“隐变量”假设。
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 楼主| 发表于 2016-5-20 05:03:57 | 显示全部楼层

不可逆过程

在量子力学中存在不可逆过程,诸如玻尔理论中的量子跃迁,激发原子通过发射光子或不稳定粒子而衰变,或者通过不稳定粒子衰变而衰变。在传统量子理论的框架里,这些过程如何包含在Hilbert空间内呢?衰变过程出现于大系统中。若激发原子保持在空腔里,则发射电子将弹回,就不存在什么不可逆过程。我们看到,波函数的时间演化由振荡项叠加或振荡项之和来描述。这个和因大系统的限制而成为一个积分,故需要新的特性。
在激发原子衰变情形中,概率几乎随时间按指数衰变。几乎一词在这里至关重要:只要我们处于Hilbert空间之中,无论对于很短时间,还是对于很长时间,都存在与该指数的偏离。不过,尽管做了大量的实验研究,却尚未检测到对指数性态的偏离。这可真幸运,因为如果它们确实存在,将会给整个粒子物理学理论体系提出一系列严峻问题。
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 楼主| 发表于 2016-5-20 05:31:43 | 显示全部楼层

Hilbert空间

假定我们制备一束不稳定粒子,让其衰变;然后又制备第二束不稳定粒子。设想一下这样的怪异情形:不同时间制备的两束粒子具有不同的衰变定律,而且我们能够将它们区分开,犹如我们能够区别年长者和年幼者一样!这种怪事违背促使量子理论取得某些巨大成功的基本粒子的不可分辨性原理。观测到的精确的指数性态,表明Hilbert空间描述不当。
薛定锷方程的形式解是Ψ(t) = U(t)Ψ(0); U(t)是把时刻t的波函数值与初始时刻t =0的波函数值相联系的演化算符,故未来和过去扮演着相同的角色。这一特性定义所谓动力学群。在Hilbert空间之外,动力学群分裂为两个半群,从而存在相应于激发原子的两个函数:第一个函数在未来呈指数衰减;第二个函数在过去呈指数衰减。这两个半群中只有一个能在自然界实现。
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 楼主| 发表于 2016-5-20 05:51:12 | 显示全部楼层

指数衰减

在这两种情形里,都存在精确的指数衰减。这是玻姆(Arno Bōhm)和George Sudarshan研究得到的第一个此种例子,他们表明,为获得精确的指数律,避免上面提到的困难,必须放弃Hilbert空间。然而,在他们的方案中,核心量仍然是概率幅,量子力学的基本佯谬(波函数坍缩)仍未解决。
由“薛定锷蛋”理论也可以获得精确的指数律,由|薛定锷鸡> →|薛定锷蛋>的跃迁和|薛定锷蛋> →|薛定锷鸡>的跃迁中,一个指向未来,一个指向过去,但是其中一个时间的方向被隐藏了起来,只保留了指向未来的时间演化。并且,“薛定锷蛋”理论也解决了量子力学的基本佯谬(波函数坍缩)的问题,也无需抛弃Hilbert空间。
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 楼主| 发表于 2016-5-30 05:41:41 | 显示全部楼层

极矢量和轴矢量的对偶性

极矢量和轴矢量的对偶性应该是普适的。以费米弱相互作用理论为例,由于弱相互作用使宇称被极大破坏,弱相互作用流是极矢量流和轴矢量流的混合流。原子物理应该也满足极矢量和轴矢量的对偶性,从极矢量和轴矢量的对偶性可以推导出马德隆规则,n代表极矢量,l代表轴矢量,所以n +l就是极矢量+轴矢量。这或许有助于理解原子物理中的一些谜题,比如说为何电子先占据能量较高的4s轨道,而不是优先占据能量较低的3d轨道,从薛定锷方程出发给不出合理解释,但马德隆规则可以给出一个解释。
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 楼主| 发表于 2016-6-8 11:25:53 | 显示全部楼层

持续电流

介观系统中出现新的物理现象,如AB效应、AAS效应、UCF效应及电导量子化之外,理论还预言了磁场将在多通道正常金属环中产生持续抗磁电流。只要非弹性散射尺度大于环的周线,电流就不会衰变。在一千万个不相连接的介观铜环排成的方阵上进行的低温磁化响应测量证实,每个环中持续电流的存在。理论上可以证明,这与电子-电子互作用及弱局域化之间有着紧密联系。人们还进一步从微观上给予分析。但是从热力学平均考虑,理论上计算得到的持续电流比实验值要小的多,因此介观金属环中持续电流成因的理论探讨仍是引入注目的课题。有人利用线性响应理论和磁相变概念来分析这个问题。
我认为,或许“薛定锷蛋”理论可以解释持续电流的问题。金属环相当于进行了动态重正化,使得金属环类似于一维导体。由|薛定锷鸡> →|薛定锷蛋>的跃迁Ψ和|薛定锷蛋> →|薛定锷鸡>的跃迁Ψ*是共轭的,合成出来的几率流ΨΨ*本身就是持续电流。这是一种内禀的涨落,因而是非耗散的。正如原子中电子产生的电流是非耗散的。
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 楼主| 发表于 2016-6-12 08:28:48 | 显示全部楼层

有质量

由“薛定锷蛋”理论推导出的波类似于德布罗意波,不像薛定锷波,符合声波的色散关系:ε= cp,其中c是波的速度。由于牵涉到质心的移动,所以c  = v/2,这样可以得到经典的能量-动量关系:ε= p平方/2m。只不过“薛定锷蛋”波不是由德布罗意认为的是相反方向运动的波干涉产生的驻波,而是质心相对移动产生的驻波。
这意味着存在两种元激发,一种是声子型元激发,另一种是有质量的元激发,我称之为σ子。这是因为“薛定锷鸡”是有质量的,只不过这个质量是个量子力学的算符,指的不是某个“薛定锷鸡”的质量,而是指“薛定锷鸡”家族世世代代的平均质量。
σ子的存在有助于解决好几个问题。在原子核物理中,一方面,它是OBEP理论中产生中程吸引所不可缺少的;另一方面,它是SU(2)线性σ模型的实验基础;第三,它是相对论平均场理论中产生吸引力的唯一粒子。σ子是标量粒子,符号σ介子的要求,但它是元激发,可以不是真实的粒子。
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 楼主| 发表于 2016-6-12 09:35:15 | 显示全部楼层

类比

现在再看南部阳一郎关于Bogoliubov-Valatin方程和手征Dirac方程的类比可能就比较完整了。南部所说的“未知的相互作用”可能就是大家早已熟知的“σ相互作用”。二硼化镁超导体有两个能隙,其中较弱的一个能隙符合BCS理论的描述,但是较强的一个能隙不符合BCS理论的描述。我认为,较强的那个能隙可能是电子-σ子的自能作用产生的。二硼化镁比较特殊,不仅π电子参与导电,σ电子也参与导电,其他的二硼化物都没有高的超导转变温度。二硼化镁属于二维结构,加上动态重正化后可以具有准一维结构,而准一维结构与手征Dirac方程是同构的,具体的描述可以参见A. Zee写的《简明量子场论》。这样看来,二硼化镁超导体可能确实可以纳入南部阳一郎的超导统一理论框架。
超流氦II中的旋子要跨越一个能隙。我认为,这个能隙可能是σ子产生的,有能隙意味着一种有质量的元激发。按照Feynman给出的超流氦II中旋子的暗示:一个氦4原子迅速通过其他氦4原子时,所有其他氦4原子必须让路,这种氦4原子的快速运动就是旋子。所谓“让路”意味着有质心的相对移动,符合“薛定锷蛋”理论的驻波条件。
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 楼主| 发表于 2016-6-15 07:38:06 | 显示全部楼层

偏见

看来极矢量和轴矢量的对偶性与很多现象有关,现实中极矢量和轴矢量总是一起出现的。现在的粒子物理学家们显然不了解轴矢量,对轴矢量充满了偏见,例如称轴矢量反常、轴矢量导致弱相互作用中宇称的极大破坏。假如人们真正了解了轴矢量,那么粒子物理学中的轴矢量U(1)问题就不是问题。从电子-正电子湮灭过程可以看出来,假如我们按质心坐标定义螺旋性,而不是按照极矢量场的Poynting矢量定义螺旋性,那么导致宇称极大破坏的就不是轴矢量、而是极矢量。
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 楼主| 发表于 2016-6-19 08:10:27 | 显示全部楼层

自旋翻转

我认为,或许“薛定锷蛋”理论可以解释铁磁性。铁磁性是符合Anderson所说的广义刚度概念的现象,既然有广义刚度存在,必定存在某种凝聚,不可能是玻色-爱因斯坦凝聚,尽管自旋波符合玻色-爱因斯坦统计。因此我认为,必定是“薛定锷蛋”凝聚,也就是牛顿-庞加莱凝聚。铁磁性是3d电子产生的,3d电子既有部分巡游性、也有部分局域性。可是,按照Stoner模型计算出的居里温度是6千至1万K,这比实际测量值大了一个数量级。
假设“薛定锷鸡”代表扩展态,用“薛定锷蛋”代表局域态。交换作用的能量代表自旋翻转的能量,Hubbard模型计算出的是翻转一个自旋的能量。从|薛定锷鸡> →|薛定锷蛋>的跃迁Ψ和|薛定锷蛋> →|薛定锷鸡>的跃迁Ψ*是反向的,等价于翻转一个自旋的能量。将Ψ和Ψ*再粘合起来就等价于铁磁性中的自旋流,|薛定锷鸡> →|薛定锷蛋>→|薛定锷鸡>的跃迁和自旋等价。

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 楼主| 发表于 2016-6-23 08:25:39 | 显示全部楼层

量子亏损理论

当n增大时,节点数目同样增大,当n趋于无穷大时,内部节点与连续波函数的节点数相同。若将从能级值获到的量子亏损μ排列成表,可发现对于给定的l,每个Rydberg系列的μ近乎为常数,这个事实有必要得到解释。节点位置决定了在阈值处连续波函数(它是振荡的)的相位。束缚态的量子亏损与阈值以上相移之间有一简单关系。若本征函数重现,也就是说,节点位置几乎是恒定的,那么量子亏损同样近似为常数。这就是量子亏损理论(QDT)的基本原理。QDT是由Seaton及其同事发展起来的,其思想可追溯到量子力学发展初期时Hartree等人的工作。
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 楼主| 发表于 2016-6-23 08:26:43 | 显示全部楼层

量子亏损μ

实验上已发现对不同系列成员量子亏损近乎是常数,特别是对于具有紧密原子实的未受到微扰的系列。QDT的首要任务是去解释这样一个事实,证实当主量子数n改变时量子亏损近似为常数。QDT不是从头计算理论。在量子亏损理论中,Rydberg系列作为一个整体,与邻接的连续区一起,被叫做一个激发通道。
重现是一个重要的性质,因为它为我们提供了关于量子亏损μ的物理意义的最直接解释:对足够大的n,束缚态波函数具有一个振荡的内部部分, 它定义了一个相位,若μ的在能量范围内近似为常数,则该相位近似地独立于能量。μ的变化对应于所有节点的径向位置的移动。若我们在连续区的基底(base)定义相位δ。那么关系δ= πμ,(有时也称作Seaton定理)表明了横跨阈值的这种连续性。
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