测不准原理并非是普适原理
2009-05-22 13:43:58
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测不准原理并非是普适原理

作者 苟文俭

量子力学本文就用“QM”表示。海森堡在分析了QM波函数ψ=Ae2лi〔px-Et〕/h的动量或能量取值时,得到了波粒子位置x和动量P、或时间t和动能E具有互补性,它们均不能分别被同时精确测量,数学表示为ΔEΔt ≥ h或ΔPΔx ≥ h。这就是我们所称的测不准原理;它已成为了量子理论形式化表述的核心。

(一)

QM的传统观念认为,那些量的测不准是因为我们在测量中产生了不可避免的干扰。在现代量子场论中,对测不准原理被拓展为:任何粒子,在不确定时间Δt内均有不确定能量ΔE,在Δt~h/ΔE的时间间隔内,就允许从粒子借用ΔE的能量向外界传递,从而在粒子周围空间构成了由大量不确定能量量子形成的覆盖物,习惯上也就称是粒子发射的物理场量子;在两粒子之间,由于它们自身这种覆盖物发生了耦合,也就在这两个粒子之间发生了力作用。对这个方面的拓展,可以归纳为如下三个最基本命题,称是A类命题,并用在表示这些不同命题数字序号的前面加(A)PQM来表示:

(A)PQM1:粒子周围空间覆盖有大量能量取值不确定的场量子,由于这些场量子存在的时间Δt满足QM测不准关系,它的任何能量取值都是允许的。

(A)PQM2:物理场量子以光速c传播,Δt越大,离场源体距离越远,由QM测不准关系,场量子动量ΔP或能量ΔE就越小,物理场强度就越弱。

(A)PQM3:只要场量子足够重,它传递力的力程也就会足够小。因此,实验中不同力程的力,可以用被传递的场量子有不同的能量标度来描述。

1934年汤川秀树用上述命题,在对核力描述中就正确预言了π介子;可以认为,这也是测不准原理在量子场理论拓展成功的里程碑事件。

另一方面,现代物理学还认为物质波是普适的,由此也可以归纳成以下三命题,这些也就称是B类命题;

(B)PQM1:QM描述的物质波并不严格地局限于粒子运动,在宏观客体乃至宇宙学范围,也都有普朗克量子性,其运动都有物质波相伴。

如有人就认为宇宙形成就服从QM描述的量子现象。又如现行高中物理教材在对物质波介绍时就说,宏观物体运动也形成了物质波,并在课后习题中让中学生去比较跑步的人与射出子弹的物质波波长的数量级。

(B)PQM2:不仅是组成粒子的夸克,就是宏观客体乃至宇宙天体,任何有质量客体运动由于都以物质波方式存在,也都无一例外地遵守测不准关系。

(B)PQM3:任何有质量客体运动由于无一例外地遵守测不准关系,它们就都有由测不准关系构成的时间标度与空间标度。

如在对超弦探索中,理论家们用牛顿引力恒量G、普朗克作用量子h/2л、真空中光速c的组合,由[hc/(2лG)]1/2计算得出了一个有质量量纲的取值mp,称是普朗克质量;尽管这个mp在现实世界根本就没有对应物,但因为它有质量,而且完全出自自然常数,一些理论家就把mp赋予了特别意义,并使用QM测不准关系,就得到了一个完全由自然常数决定的所谓普朗克时空标度10-44s和10-35m,并认为超弦就存在于这样的时空标度内,为了与标准模型的规范场理论自洽,还要求10-35m的普朗克时空有六维是卷缩的。

(二)

对上述两类命题,其分析逻辑的论证可以归纳成是如下两个三段式形式。

分折论证过程A:(大前提): 粒子运动构成了物质波;

(小前提): 任何有质量客体运动都有与粒子一样的运动;

(结 论): 任何有质量客体运动都构成了物质波。

分折论证过程B:(大前提): 物质波遵循测不准原理;

(小前提): 任何有质量客体运动都要构成物质波;

(结 论): 任何有质量客体运动也就必然遵循测不准原理。

在分析论证过程A中,大前提的大项“物质波”是与中项“运动粒子”相联系的,而小前提中与中项相联系的小项则是“任何有质量客体运动”:由于任何有质量客体可以有多种不同运动形式,遵循的规律也各不相同,并非就一定有粒子构成物质波这一种运动形式,因此推理的小项与大项之间,大项并没有包含小项,而是包含于小项,这种大前提与小前提的设置根本就不满足三段式论证的一般规则,逻辑形式完全错误,其逻辑过程根本就不成立;即(B)PQM1与(B)PQM2并无分析逻辑的关联。现代量子论的事实还表明:(B)PQM1与(B)PQM2之间也并无演绎的综合逻辑论证。

由此,就容易有这样的理结论:现代量子论对测不准原理的所有拓展,不仅完全超越了人们在QM中对测不准关系诠释的运动粒子物质波的范围,与物质波具有普适性一样,它既没有分析逻辑证明,也没有演绎的综合逻辑证明,完全是人为的虚假命题。

(二)

还有以下理由可以说明,测不准原理并非是普适的。

1、如果按测不准原理容易估计,飞驰的火车的物质波波长约10-46m,比超弦还小了11个数量级,已经很深层次的进入到10维卷缩空间了,此时空间线度已完全截止,物理规律将完全不同于四维可测量时空,飞驰的火车还能持续发生构成物质波的全振动吗?

2、因为QM测不准原理给出的是不可观测、不遵守物理规律的虚过程,而场量子又总有一个在Δt~h/ΔE、Δx~h/ΔP的时空中运动,由于这是测不准虚过程,这就等于说不发生相互作用的物理场,由Δt和Δx形成的时空区域不可观测,也无规律可循。这显然与物理场可观测可描述的事实相悖。

3、在主流的量子场理论中,认为物质可以在突然的能量起伏中出现,根据QM测不准关系,足够小的时空范围颇象个取之不尽的物质库。由此,我们就很容易提出如下非常难以理解的疑难:(1)物质到底应该是一种自在的客观存在物,还是一种时空效应?(2)只有物质波才遵循测不准关系;但在足够小超弦时空范围,足够多的物质以什么形式存在?运动是怎样实现的?振动的物质波又是怎样实现的?(3)小到原子、分子,大到天体、宇宙星系,经验领域任何实际的有质量客体,它们运动存在的时空标度,都不是根据它们的质量、由QM测不准关系得到的,都不满足(B)PQM3,原因又是什么?(4)除粒子外的其它客体,固有频率为什么都与普朗克量子h无关?……………

由拓展测不准原理构成的类似如上所述难以理解的疑难,还可以再列举许多;如此,您认为测不准原理是普适这样的拓展还有理由吗?

完成于2009-5-22

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