我多次给中科院研究量子物理的孙昌璞院士写信、发电邮,也多次给中科院领导写信,其目的之一是试图就孙昌璞院士论文中有关量子力学中的基本概念问题进行商榷。因长期得不到回复,只好发公开信,并连续发了三篇短文,就孙院士等人对量子相干、迭加原理、波包塌缩等基本概念的理解进行了批评与评论。
我为什么要盯着孙昌璞院士及其团队不放呢?原因如下:
中国科学院是国家的最高学术机构,院士是国家的学术带头人,是各个学科的权威,对于我国的科学发展有举足轻重的作用。孙昌璞院士的主攻方向之一是量子物理,发表过多篇论文,体现其对量子论系统理解的文章是综述性长篇论文——《量子退相干问题》及《量子理论若干基本问题研究的新进展》。它们分别发表在曾谨言等编的《量子力学的新进展》(2000年)及物理学会主办的《物理学进展》(2001年)上。孙昌璞院士并把这两篇文章放在互联网主页上。
孙昌璞院士等人的文章已发表十余年,影响很大,它不仅对研究量子理论基本问题的物理学家、哲学家有很大影响,而且对于量子力学的教学也有深刻影响,这种影响会长期存在下去。
由于孙昌璞院士等人论文中的重大基本概念错误甚多,他们多是权威、院士,所以其负面影响很大。这种情况是不能容忍的,不能再继续下去了。两年来,我多次与孙昌璞院士本人、与科学院领导写信,要求公开辩论、要求中科院提供争鸣平台,均得不到只字回复。
也许科学院的领导、学者们看了我的文章及信件,可能认为:刘涤修是无理取闹,科学院权威、院士怎么会出现如此低级的错误呢?院士的脸面何在呢?不必理他!所以两年来我未接到只字片言的回复。也许有另外一种可能性,即问题回到了孙昌璞院士处,孙院士认为他的文章是正确的,刘涤修是无理取闹,不屑回复。
孙昌璞院士等人的文章错误甚多,有关量子干涉、迭加原理、波包塌缩等我都写了短文进行了批评。量子力学是一个逻辑性非常强的统一体,若一处出现概念性错误,必然出现系统性错误,所谓牵一发而动全身。
为了使大家看看是孙院士错了,还是刘涤修错了,我们以量子相干性为例,进行论证。
量子相干性是量子理论中最基本、最重要的基本概念,是量子理论的基石,它是建立在最基本的实验基础上的,量子相干实验是验证量子的波粒二象性的最重要的实验。如果不能正确理解量子相干性,就无法对量子论正确理解,就不懂得量子力学!
孙昌璞、衣学喜、周端陆、郁司夏等在《量子退相干问题》的第2节写道:“从源S产生的粒子束经双缝分束后在屏C上发生干涉”(刘涤修按:孙院士等明确地告诉读者一.从源S产生的粒子束经双缝分为两束,即一部分粒子从缝1经过进入第1束,另一部分粒子从缝2经过进入第2束。二.两束电子在屏C上发生干涉)。孙院士等在该文的第3节又写道:“(Stern-Gerlach实验)在磁场中,处在自旋顺磁场和自旋逆磁场的粒子将受到相反的力+F和-F作用,因而分裂为两束”(刘涤修按:孙院士等告诉读者一.处在磁场中的粒子的自旋不是顺着磁场就是逆着磁场。二.顺磁场自旋的粒子受+F的作用进入一束中,而逆磁场自旋的粒子受-F的作用进入另一束中)。孙院士等在该文的第3节又写道:“现实中人们从未看到中子和质子的干涉,因为它们对应于正交的同位旋”(刘涤修按:孙院士等非常明确地告诉读者一.如果中子和质子有相同的同位旋,它们就能干涉。二.中子和中子之间、质子和质子之间、电子和电子之间可以发生干涉)。该文在描写冷原子Bragg散射时,又写道:“对于适当的入射角,原子束会对称地分为两束 B 和 C ,再经过一次 Bragg 散射,B 和 C 将会分别分为 D束和 G 束及 E 束和 F束,D束和 E束,F束和G束将会分别发生干涉”(刘涤修按:孙院士告诉读者 一.每一个冷原子都要进入 D束、G束、E束和F束之一。 二.所谓干涉是不同束中的冷原子之间的干涉)。
总之,孙昌璞院士等人的文章清楚地告诉读者:量子的干涉是量子束之间的相互作用,而不是同一个粒子自己对自己的干涉。请问科学院的权威们,刘涤修对孙昌璞院士等人的文章解读错了吗?
那么,量子究竟是怎样干涉的呢?
量子相干问题是量子论的基石,它关乎到对量子波粒二象性的验证,它催生了哥本哈根学派。量子的干涉到底是量子之间的干涉还是量子自身的干涉,早在量子力学建立的初期就已经明确无误地解决了,并且它是量子力学教科书必讲的问题,也是许多科普材料中反复讲述的课题。作为研究量子理论的专家犯如此根本、如此低级的错误令我十分惊诧!
量子力学的学派众多,争论激烈,不论各学派如何争论,但验证量子相干的双缝干涉实验事实只有一个,各学派都承认这个实验事实。
在双缝干涉实验中,让粒子流很弱,以至于可以认为电子或光子一个一个地穿过双缝,只要时间足够长,电子或光子仍出现干涉花样,与粒子流较强用时较短的干涉花样一致,这个实验事实说明电子或光子的干涉,不是由于电子和电子之间或光子和光子之间的相互作用而产生的,而是每一个电子或每一个光子自己与自己发生的干涉。
每一个电子或每一个光子穿过双缝时都表现为两束波,在双缝后及屏C前的区域内相互干涉,打到屏C时塌缩为一点,也就是说明每一个电子或光子都具有波粒二象性。
量子相干问题在一些较好的教科书中,有着详细的讲解,比如在P.A.M狄拉克的《量子力学原理》和曾谨言的《量子力学》中都可以找到,它们都特别强调,量子的干涉是自身的干涉,而不是它们之间的相互作用。
另外,诸位也可以看一些科普读物,它们对量子的干涉描绘得也相当精彩,例如在电脑上可查到《量子史话》及《量子江湖风雨录》等科普读物,它们对量子干涉有详细的描绘。
孙院士等关于量子退相干问题的理解也存在多处错误,其原因是对量子相干问题理解错误,必然对量子退相干问题产生误解。
关于量子相干问题,我还要再谈几点:
1.你如果认为薛定谔方程可描写一个电子,你把具有一定动量的电子使它穿过双缝,薛定谔方程可化成亥姆霍兹方程,在双缝与屏C之间的区域内可解出此方程,电子的波函数是两项 Ψ1与 Ψ2 的迭加( Ψ1 及 Ψ2是单独启开缝1或缝2时电子的波函数)。根据态的迭加原理,应理解为电子既部分地处于 Ψ1 中 ,同时又部分地处于Ψ2中。Ψ1与Ψ2在双缝后发生干涉,称之为概率干涉,有的地方因干涉而概率减小甚至消失,有的地方因干涉而概率增加。如电子打在屏C上,则出现散乱的光斑,电子多了就出现干涉条纹。
2.如果按照孙院士等人所说,电子的干涉是电子束之间的作用所致,两电子束之间的相互作用肯定不能忽略。此问题变成了自旋为1/2的电子的多体问题,它变得十分复杂,以至电子的波函数无法写出。
实际上,用粒子束作干涉实验时,用时较短,产生的干涉花样与长时间弱电子流产生的干涉花样一致,是因为电子束中电子的密度很小,以至电子之间的作用可以忽略,可以认为它们是单独穿过双缝的,所以两者的结果一致。
我们可以预言,若技术允许,加大电子密度,以至电子间的作用不能忽略,则可出现电子束密度不同干涉花样不同的效果。
3.对于量子相干问题有了正确的理解,才能对电子在非均匀磁场中的行为以及 Bragg散射中冷原子的干涉有正确解释。因需要较长篇幅,以后再谈。
我是一个崇尚真理,不惧权威的人,敢于对中科院的权威人士提出批评。
尊敬的孙院士,如果您是一位负责任的科学家,您觉得您确实错了,应勇于承认,挽回不良影响;
如果您认为刘涤修错了,我欢迎您的批评,真理是不怕争论的。
我希望中科院领导认真阅读此文,拿出你们的意见。
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刘涤修。2011.8.22.