量子力學(xué)的基本假定的解讀

梁丹迎

（沈陽(yáng)師范大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng)110034）

0 前言

量子力學(xué)是物理研究領(lǐng)域較為高深的理論內(nèi)容，也是長(zhǎng)久以來(lái)物理專(zhuān)家學(xué)者極力探索的科學(xué)研究項(xiàng)目。從整體來(lái)看，量子力學(xué)的理論框架是由五個(gè)基本假定所構(gòu)成，其內(nèi)涵較為豐富。

1 量子力學(xué)的五個(gè)基本假定概述

有關(guān)量子力學(xué)基本假定的內(nèi)容，獲得了世界范圍內(nèi)物理學(xué)專(zhuān)家和學(xué)者的普遍關(guān)注和認(rèn)可，這一知識(shí)理論體系在諸多研究領(lǐng)域的應(yīng)用較為頻繁，因其是一項(xiàng)物理學(xué)領(lǐng)域當(dāng)中的基本假定。但是，任何一個(gè)繁雜深?yuàn)W的學(xué)問(wèn)背后的原理都是可以通過(guò)通俗易懂的方式來(lái)進(jìn)行解讀地，從而讓更多的普通人領(lǐng)悟到科學(xué)知識(shí)的妙趣所在。以下內(nèi)容便是有關(guān)量子力學(xué)五個(gè)基本假定的主體內(nèi)容：

1.1 量子力學(xué)基本假定之一

圍觀體系的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)由相應(yīng)的歸一化波函數(shù)描述，波函數(shù)是假定一中的關(guān)鍵點(diǎn)。

1.2 量子力學(xué)基本假定之二

圍觀體系的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)波函數(shù)隨著實(shí)踐的變化規(guī)律遵循薛定諤方程。

1.3 量子力學(xué)基本假定之三

力學(xué)量由相應(yīng)的線(xiàn)性算符來(lái)表示（這部分內(nèi)容與假定二聯(lián)系起來(lái)理解）。

1.4 量子力學(xué)基本假定之四

力學(xué)量算符之間有相確定的對(duì)易關(guān)系，則稱(chēng)其為量子條件；坐標(biāo)算符的三個(gè)直角坐標(biāo)系分量與動(dòng)量算符的三個(gè)直角坐標(biāo)系分量之間的對(duì)易關(guān)系稱(chēng)為基本量子條件；力學(xué)量算符由其相應(yīng)的量子條件來(lái)確定。

1.5 量子力學(xué)基本假定之五

全同的多粒子體系的波函數(shù)對(duì)于任意一對(duì)粒子交換而言具有對(duì)稱(chēng)性，即波色子系的波函數(shù)是對(duì)稱(chēng)的，費(fèi)米子系的波函數(shù)是反對(duì)稱(chēng)的。這是五個(gè)基本假定理論中最為復(fù)雜的假定內(nèi)容。

2 運(yùn)用麻將骰子模型來(lái)解讀量子力學(xué)的五個(gè)基本假定

從以往研究量子力學(xué)的相關(guān)資料中可以查閱得到，可以采用麻將骰子模型來(lái)具體解讀量子力學(xué)的五個(gè)基本假定，令量子力學(xué)這一高深難懂的理論學(xué)問(wèn)變得易于理解。實(shí)際上，無(wú)論是多高深莫測(cè)的科學(xué)理論，大多可以通過(guò)人們熟悉的事物來(lái)進(jìn)行描述，進(jìn)而讓人們領(lǐng)略到科學(xué)理論其中的復(fù)雜內(nèi)涵。因此，在研究量子力學(xué)理論的過(guò)程中，提出一種麻將骰子模型，并且利用該模型的架構(gòu)將量子力學(xué)的五個(gè)基本假定分別進(jìn)行解讀。實(shí)踐研究證明，采取的這種麻將骰子模型的形式來(lái)解讀量子力學(xué)這門(mén)高深的物理學(xué)理論極為可行。

2.1 解讀假定一

從上文中敘述的內(nèi)容可知，量子力學(xué)的基本假定之一的內(nèi)容是有關(guān)波函數(shù)的內(nèi)容，通過(guò)研究波函數(shù)理論可知，波函數(shù)可以得出體系的所有性質(zhì)，且波函數(shù)通常可以滿(mǎn)足連續(xù)性、有限性與單值性條件。因此，量子力學(xué)的基本假定之一又被稱(chēng)之為“波函數(shù)公設(shè)”。通常人們?cè)谘芯窟@部分內(nèi)容時(shí)要對(duì)相關(guān)的物理學(xué)概念進(jìn)行聯(lián)系，此部分的內(nèi)容涉及到最基本的物理學(xué)概念——牛頓力學(xué)理論，該理論所描述的是一個(gè)物體無(wú)論處于哪種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，通常可以通過(guò)勢(shì)能的概念及相關(guān)參數(shù)來(lái)進(jìn)行呈現(xiàn)，將該物體在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的動(dòng)能用具體的公式表示出來(lái)。

2.2 解讀假設(shè)二

對(duì)于非物理專(zhuān)業(yè)的人來(lái)講，量子力學(xué)的五個(gè)假定內(nèi)容當(dāng)中，第二條假定是最難理解的假定之一，因其中涉及到薛定諤方程的相關(guān)理論，同樣，假定二又被稱(chēng)為“算符公設(shè)”，相對(duì)而言，這部分內(nèi)容涉及到較多的計(jì)算內(nèi)容，有關(guān)坐標(biāo)和動(dòng)量及它們的算符的變化規(guī)律是假定二的關(guān)鍵點(diǎn)。因此，麻將骰子模型的構(gòu)建與通俗解讀方式極為關(guān)鍵。很多人都熟悉，麻將骰子是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的正方體，上面標(biāo)有從1-6的數(shù)點(diǎn)。在每次投擲骰子時(shí)，僅有一面是朝上的，結(jié)果是唯一的，這便是我們計(jì)數(shù)的依據(jù)。實(shí)際上，如若將麻將骰子的這種投擲形式比作量子力學(xué)領(lǐng)域中的一個(gè)微觀體系，具體來(lái)說(shuō)，就是文中所提到的五個(gè)基本假定，麻將骰子的六個(gè)狀態(tài)與假定的微觀體系相對(duì)應(yīng)，則可能出現(xiàn)某個(gè)點(diǎn)數(shù)狀態(tài)的概率為六分之一，沿著這樣的思路來(lái)理解，盡管麻將骰子的面數(shù)與量子力學(xué)的基本假定數(shù)目不相等，亦可以將麻將骰子的六個(gè)面擴(kuò)展成為N面體，從而將量子力學(xué)的微觀體系下的波函數(shù)以公式的形式表示出來(lái)[1]。這樣一來(lái)，關(guān)于量子力學(xué)基本假定二的所有問(wèn)題就迎刃而解了，主要在于兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)的解讀，其一是算符的選擇，即選用厄米算符來(lái)標(biāo)識(shí)波函數(shù)的規(guī)律及呈現(xiàn)函數(shù)系較為直觀；其二是引入物理學(xué)領(lǐng)域中的力學(xué)量的概念來(lái)進(jìn)行解讀，這就令復(fù)雜的問(wèn)題變得較為簡(jiǎn)易，因力學(xué)量的理論知識(shí)體系與量子力學(xué)的概念和基本假定之間有著一定的聯(lián)系性。只有把握好以上兩部分內(nèi)容的解讀，便可以將量子力學(xué)基本假定二的這部分內(nèi)容理解透徹。

2.3 解讀假定三

假定三的內(nèi)容是有關(guān)測(cè)量公設(shè)的理論研究?jī)?nèi)容，是屬于將所測(cè)的平均值融入到力學(xué)量數(shù)值計(jì)算范疇之中，進(jìn)而得出有關(guān)數(shù)值歸一的結(jié)論。起初，有關(guān)量子力學(xué)假定三的描述和解讀較為繁雜，但如若以麻將骰子模型的角度來(lái)看其中的奧秘，則要淺顯得多。通常情況下，在理解假定三時(shí)，要將其與假定二的內(nèi)容結(jié)合起來(lái)進(jìn)行解讀，

2.4 解讀假定四

通過(guò)解讀以上三個(gè)基本假定后，并結(jié)合著麻將骰子理論來(lái)分析量子力學(xué)的基本假定，進(jìn)而來(lái)解讀假定四就更為容易。從假定四的內(nèi)容來(lái)看，其中隱藏的是物理學(xué)領(lǐng)域的能量轉(zhuǎn)化理論與能量守恒定理的內(nèi)容。因此，又可以稱(chēng)其為微觀體系動(dòng)力演化公設(shè)。

2.5 解讀假定五

作為量子力學(xué)基本假定范疇中的最后一個(gè)假定內(nèi)容，它的內(nèi)容是最為豐富且復(fù)雜，因其涉及到以上部分假定內(nèi)容，如若結(jié)合起來(lái)進(jìn)行解讀，則更有益于加深理解量子力學(xué)的假定學(xué)說(shuō)內(nèi)容。全同粒子在原則上總是可以分辨和追蹤的，但兩個(gè)粒子在原則上就是不可以分辯和不可追蹤的，即使設(shè)想在某個(gè)時(shí)刻對(duì)兩個(gè)相鄰的全同粒子分別予以定位和鑒別，但它的坐標(biāo)也不再具有定值[2]。

從整體來(lái)看，這部分內(nèi)容較為抽象。通常情況下，人們只能夠看到麻將骰子的其它五個(gè)面，因?yàn)橛幸幻媸浅路胖茫覀儾荒軌蛘f(shuō)麻將骰子本身就是五個(gè)面的，這是不科學(xué)的說(shuō)法。量子力學(xué)的基本假定告訴我們，由于一個(gè)偶然的機(jī)會(huì)，讓我們知道了麻將骰子存在第六個(gè)面，而量子力學(xué)基本假定體系中所蘊(yùn)藏的道理便在其中。

實(shí)際上，不同的研究領(lǐng)域?qū)τ诹孔恿W(xué)五個(gè)假定內(nèi)容的解讀不盡相同，甚至有的人引用量子力學(xué)中的理論來(lái)解釋“自由意志”，這便使理論研究的價(jià)值得到進(jìn)一步的提升，同樣，對(duì)于量子力學(xué)五個(gè)假定的解讀也會(huì)對(duì)其它相關(guān)領(lǐng)域提供一些有益的借鑒。總而言之，通過(guò)以建立骰子模型的形式來(lái)解讀量子力學(xué)范疇的五個(gè)基本假定，不僅可以讓人們從另一個(gè)角度來(lái)理解枯燥難懂的科學(xué)理論知識(shí)，將專(zhuān)業(yè)極強(qiáng)的學(xué)問(wèn)轉(zhuǎn)變?yōu)槿藗兪煜さ氖挛镆约暗览?，便于更多人去理解人?lèi)智慧的結(jié)晶，而且可以將量子力學(xué)理論變得妙趣橫生，給人以啟示。

3 結(jié)束語(yǔ)

有關(guān)量子力學(xué)的基本假定的研究?jī)r(jià)值極高，本文通過(guò)分析量子力學(xué)的五個(gè)基本假定，了解到量子力學(xué)理論的豐富內(nèi)涵，可為相關(guān)項(xiàng)目的科研提供有力的理論支撐。

［1］賀天平，衛(wèi)江.經(jīng)驗(yàn)與理性:在量子詮釋中的嬗變——關(guān)于《量子力學(xué)多世界解釋的哲學(xué)審視》的進(jìn)一步闡釋[J].科學(xué)技術(shù)哲學(xué)研究，2012，01（01）：25-26.

［2］陳鳳翔，汪禮勝，譚改娟，許文英.量子力學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)的MATLAB演示[J].大學(xué)物理，2012，05（05）：58-60.