《量子力学与世界存在的客观性、运动规律性的统一》

〈二〉量子力学与世界存在的客观性、

运动规律性的统一

1．量子力学与世界存在的客观性、运

动规律性的统一

量子力学固有的不确定性为我们建立一个客观的、规律性的世界图像增添了极大的困难。

量子力学有两种类型的不确定性：

一种类型是在对量子化的物质体系的观测过程中，观测用的工具会给被观测的粒子或粒子集合以力的作用从而改变被观测物质体系的存在的态，由于观测过程固有的局限性，使我们不能全面的精确的把握被观测物质体系如何存在，海森堡测不准原理揭示的不确定性便是此种类型。

依据海森堡测不准关系：

ΔxΔp≥h（h为普朗克常数）

我们不能同时准确的测量一个粒子系统的位置和动量，而且位置的不确定量与动量的不确定量之积不小于普朗克常数h，这意味着我们对一个粒子的位置测量得越准确，则同时对其动量的测量值就越不准确，而反过来如果对其动量测量得越准确，则对其位置的测量则相应的越不准确。

类似的，我们不能同时准确的测量一个粒子系统的质量与它所处的时刻，如果我们对一个粒子系统的质量值测量得越准确，则同时对其所处的时刻的值就把握得越不准确，如果我们对一个粒子系统所处的时刻测量得越准，类似的，我们对它的质量就把握得越不准确。

这种奇特现象产生的原因，是因为在观测过程中，无论是用作测量工具的物质体系，还是被测量的粒子系统，都是具有无限层次的内在结构与内在运动的物质体系，它们会产生相互作用互相改变，而我们在测量过程中对这些精细的结构与相互联系方式无法全面的把握。

在日常生活中我们做测量，用尺测量物体的长度，用天平测量物体的质量，或者用时钟测量物质运动表现出的时间性，我们需要对测量工具的构造与运动方式做出详细的了解，并且要能够清晰的了解它们和被测量事物如何发生联系，这样我们才能做出准确的测量。

但是在量子力学中我们做不到这一点，我们无法详尽的了解测量工具与被测量粒子如何发生相互作用。在宏观物体的测量中，测量工具对测量结果的影响是可以忽略的，比如我们用光子去测量一个棒球的行为，那么因光子的波长而产生的棒球的位置的不确定性是可以忽略的，而因光子对棒球的力的作用而产生的棒球的运动速度的改变也是可以忽略的。但是在微观物体的测量中不能忽略测量工具对被测量物体的作用及其对测量结果产生的影响，比如我们同样用光子去测量，测量一个电子的行为，那么因光子的波长引入的电子的位置的测量值的不确定性是不可以忽略的——在光子的波长范围内我们无法把握光子和电子如何发

生作用，而因光子的力的作用而使电子产生的运动形式的改变也是不可以忽略的。然而我们在测量过程中对于测量工具和被测量的粒子系统如何发生作用互相影响互相改变不能做出系统的精确的把握，因而我们不可能全面的准确的测量粒子系统的各方面的存在态，我们测不准，这是量子力学测量的局限之一。

其二，任意一个粒子系统都拥有无限层次的内在结构与内在运动，拥有无限的信息量，我们不可能通过一次测量就能完整的全面的把握被测量粒子的各方面的存在的态。比如我们仍然用光子去测量一个电子，通过一次相互作用，光子只能有限的反映电子如何存在，而观测者经由光子而获得的电子如何存在的信息更是有限。

其三，因为测量工具对被观测粒子系统的存在形式的影响不可忽略，而每一次测量都会使被观测粒子的存在形式产生我们不能完全把握的改变，这使得我们想通过多次测量全面的准确的反映一个粒子系统如何存在也成为不可能。

由此看来，测不准原理并不和物质存在的态的客观性相矛盾，之所以测不准，一是因为测量行为为被观测系统引入了我们不能完全把握的动力因素——测量工具对它的作用；其二是因为在任意一个有限的物质体系都拥有无限层次的内在结构与内在运动这一事实面前，人类的任何一次观测都是有局限性的，不可能全面的反映被观测物质体系的性质。

而且更进一步说，海森堡测不准关系并不禁止我们精确的测量粒子系统的位置，也不禁止我们精确的测量粒子系统的动量，精确的测量质量或者精确的测量粒子系统的时间态也是允许的，这意味着粒子系统的位置态、动量态、质量态、时间态都是确定的客观的存在着的，因而粒子系统也是确定的客观存在，只是因为测量过程固有的局限性，我们不能同时精确测量粒子系统的位置态与动量态，也不能同时精确测量粒子的质量与时间态。

另一种类型的不确定性，是观测不影响被观测的量子系统的存在形式因而不会影响观测结果，但是因为我们不能全面的把握量子系统的精细物质结构与运动方式，我们目前的量子力学是不完全的，并未完全揭示粒子世界的结构与运动规律，因而我们对一个粒子系统的运动结果不能精确预言，只能做概率分析。

比如，由一个金属丝发射一个电子，电子运动一段距离穿过一条狭缝然后又经过一段距离后撞到一个屏幕上，电子撞到屏幕什么位置上并不受我们对这一过程的观察的影响，但是因为金属丝的每一个原子都在不停的作热运动，电子在被发射前也在金属晶体内不断的作运动，因此我们对于电子如何被发射不能精确的把握，而且我们对于电子这一物质体系的内在结构与内在运动也没有足够清晰的了解，因而我们对于电子穿过狭缝后最终会撞在屏幕上的什么位置不能准确预言，只能在现有的量子力学允许的范围内做概率式的分析。

这一类型的不确定性的最典型的思想试验是薛定谔的猫试验：假设有一间封闭得很好的屋子，屋子不允许任何信息向外或向里传播，假设屋里有一只猫，有一只装有氰化物的瓶子，瓶子上方有一把锤子，锤子被一个放射性元素的衰变所控制，如果放射性元素发生衰变，则锤子落下，瓶子被打破，猫被毒死，如果放射性元素不衰变，则猫活着。假设屋里有一个观测者，屋外有一个观测者。在这里观测行为并不影响元素的衰变因而不影响猫的死活，可以认为观测行为不影响被观测的猫试验的存在的态。对于屋子里的观测者来说，要么元素没衰变，猫活着，要么元素衰变了，猫死了，系统没有任何的不确定性。对于屋子外的观测者来说，由于屋子封闭得很好，他不能观测里面的行为，因而对于猫的死活，他只能根据对系统的初态的了解和量子力学方程进行推导，他得到的是死与活的线

性叠加态，而这种死与活的线性叠加是客观现实所不允许的。薛定谔借此试验来说明，我们的量子力学是不完备的，有所缺失。其中缺失的，是对微观粒子内在结构与内在运动方式的精确了解。（因而屋子外的观测者不能精确预言猫试验的结果）

从前面的分析可以看出，量子力学揭示的不确定性，产生于对微观粒子内在结构与内在运动规律的认识的缺失，因而量子力学的不确定性并不能否定物质世界存在的客观性与严格规律性。

物质世界的不生不灭与质的不变性决定了其存在的态必然具有客观性与严格规律性。更进一步说，量子力学的统计规律是以粒子世界的存在结构的客观性与运动的严格规律性为基础的。如果粒子世界的存在不具有客观性与严格规律性，则我们在对其如何存在的信息掌握得不完全的情况下，什么规律和公式都得不到，而不是能得到海森堡测不准关系和量子力学的各种法则。

我们对世界的运动发展结果采用概率的方法分析预测并不是因为世界的发展是非决定性的，而是因为我们对世界如何存在的信息的把握是有限的不完备的，宇宙结构宏观上与微观上的无限层次决定了我们不可能在有限的时间内完全的认识它如何存在。概率分析方法是以宇宙发展的唯决定论为基础的，因为我们对世界如何存在的信息掌握得不完全，世界发展的决定论才衍生了我们可以对它进行有效的概率分析，概率论本身就是决定论的影子。如果没有决定论，没有世界发展的严格规律性，那么对它进行概率分析也是无效的，世界只是不可捉摸的一团糟。

在量子力学中，类似的量子系统会出现不同的运动结果（比如上一节我们提到的η共振子会经过不同的衰变过程变成不同的粒子），这是因为它们是类似的量子系统而不是完全相同的量子系统，如果是完全相同的量子系统则必然产生相同的结果。所有的粒子和粒子集合都不是刚体，都具有弹性和波动性，它们的结构与运动方式会在外在物质体系的力的作用下不断发生变化，而我们的宇宙是无限的，这决定了任意两个不同的物质体系都不会有完全相同的历史与存在形式，因而不会有两个完全相同的量子系统，只有类似的量子系统，它们有可能产生不同的发展结果，这是量子力学的机率性产生的一个重要原因，这也不和世界存在的客观性与规律性相背离。

整体反映局部，宏观物质世界存在的客观性与严格规律性预示着微观世界存在的客观性与严格规律性。

如果微观粒子的存在不具有客观性与规律性，则由微观粒子构成的宏观世界也不可能具有客观性与严格的规律性，犹如一群没有任何思想的士兵达不成任何作战意图。

种瓜得瓜，种豆得豆，这是以量子世界存在的客观性与规律性为基础的。

诚然，并非如玻尔所言：不存在量子世界，只有一个有用的量子描述。而是有一个客观存在的拥有无限层次的内在结构与内在运动的精彩的量子世界，现有的量子力学方程在一定层次上触及到了这个量子世界如何存在的实质，如何进一步揭示这个世界如何存在是物理学的发展方向，在这个方向上我们可能看到量子力学和经典力学统一的景象。