爱华网二、什么是量子力学？其“半经典”性和理论缺陷是什么？
量子力学是在量子论的基础上建立起来的。在微观世界中，某些物理量如能量、动量等由于不能连续变化，而只能以某一最小能量单位间断地发生，故此，人们把这些以最小单位存在的物理量称为“量子”；而把专门探索微观物质运动所遵从“量子”的规律性的理论，称为量子论。但是，需要特别说明的是，量子论并不等于量子力学，因为量子论仍然以经典力学为基础，无非是，加上了量子条件。
（一）什么是量子力学？有什么本质特征？
19世纪物理学的一项革命性成就，是创立了量子力学。而它是从量子论的基础上建立起来的。量子论的贡献在于：揭示出能量的最小单位——量子。此揭示，对人类认识客观物质有开创性贡献。量子论告诉人们：一切形式的能量物质都有自己的基本构成。遗憾的是，未能建立“质能关系式”模型。
1、什么是量子力学？是怎样产生的？
X射线、放射性物质、电子的发现，揭示出这样一个基本事实：原子是可分的，原子中仍然存在着属于自己的内在结构。为了揭示原子的内在结构，当时有许多物理学家相继提出各种模型、假说。其中，最有代表性、也最有价值的，要算卢瑟福的，关于“原子结构模型”的假说了。这一假说，是量子论、量子力学产生的理论基础。当然，这不是说，卢瑟福的“原子结构模型”假说就是“量子论”。
量子概念是由德国物理学家麦克斯·普郎克，在1900年研究黑体辐射问题时首先引入。从1894年起，麦克斯·普郎克就开始研究黑体的辐射，并在1899年期间，通过热力学原理导出了维恩的辐射定律。1899年9月，另一位德国物理学家鲁本斯，发现辐射定律与“维恩定律”在实验上有一定偏差，并把该结果告诉了麦克斯·普郎克——瑞利当年提出的辐射定律在长波部分与实验结果一样。麦克斯·普郎克深受启发，对两个定律进行了比较，并得到介于瑞利与维恩定律并能满足这两个定律的综合定律。
麦克斯·普郎克公式，既像“瑞利公式”又像“维恩公式”，在当时是个谜，但他最终还是通过紧张的工作，得出符合逻辑的解释。他认为：物体在发射辐射时和吸收辐射时，能量不是在连续不断地进行，而是以整数倍、跳跃式的方式在变化。也就是说：在物质发射和吸收辐射过程中，能量既是可分的，又不是无限可分的；而这个可分的东西，就是后来被人证明存在的能量的最小单位——量子。
简单地说，量子论就是对量子是能量基本单位的描述，而后来，人们才把它上升为量子力学。量子力学是沿着波尔、海森堡和爱因斯坦、德布罗意、薛定鄂两条路线图创立、发展起来，并最终形成一个完整的理论体系。波尔是推广、应用、发展量子论的首席科学家。主要成就，创立了原子结构理论，建立了“原子量子化轨道”结构模型。该模型使人认识到：物质世界既无限可分，又高度统一。
之后，海森堡在考察了原子结构理论后认为：波尔的轨道假说是很难观察到的东西，可以认为验证据不足。即电子在围绕着原子核运行的过程中如果有轨道，那么，当电子在特定的状态或者说在辐射状态下的时候，应该能够表现出来才对。可是，任何一种实验，都无法证明这一点。所以海森堡认为，只知道原子发出的光频率和强度观察量，就决定原子轨道模型的操作性不强，是很值得研究的。
于是，海森堡便大胆地抛弃了波尔的“轨道说”，提出了自己的数学矩阵方案。但由于他的方案灰色难懂，加之理论未必非要建立在观察量的基础上，所以遭到包括爱因斯坦等一些科学家的反对。其实，从模型的角度上看，海森堡的“矩阵”与波尔的“模型”并不矛盾，因为矩阵的本身也具有模型意义。换句话说，如果海森堡当时能将其“矩阵”与“轨道说”联系起来认识，也许问题也就解决了。
2、量子力学的本质？为何揭示了运动状态？
早在1905年，爱因斯坦在独立研究时就已提出了“光电效应”的概念。指出：“光电效应”的本质是物质在交换能量。显然，它已经包含了量子论的内涵。之后，波尔在研究氢原子结构时，又应用和发展了量子论。认为：当物体尺度足够大和范围足够广时，微观物体的运动规律，趋近于宏观物体的运动规律，两者是相互对应的关系。这样，量子论就能解释一些简单原子、分子光谱和黑体辐射现象。
1923年10月8日，法国物理学家路易·德布罗意连续发表了三篇论文：认为爱因斯坦的E = hν公式不仅能解释光子的运动状态，也能解释电子的运动状态。是说像光子一样，电子不仅具有粒子性，也具有波动性。其波长λ=h/p(这里的h为麦克斯·普郎克常数，p为电子的动量，等于mV)。于是，他根据λ=h/p = h/mV 的关系式，可计算出电子的波长；所以他预言了“当电子束穿过小孔时，会显示衍射”。
之后，路易·德布罗意进一步指出：关于自由粒子的新的动力学和旧的动力学之间的关系，完全同波动光学与几何光学之间的关系，可以呈现出“神奇的相似之处”。爱因斯坦在自己的论文中引用了路易·德布罗意的研究成果，并给予高度评价：“德布罗意的弟弟，做了一项非常有趣的尝试，他试图解释‘波尔-索末菲量子规则’。我相信，这是投射到我们这个最糟糕的物理之谜的第一道微弱的光线。”
1927年，德布罗意所预言的电子波具有衍射现象，被美国科学家戴维逊、汤姆逊等人证实。通过实验说明：电子、光子不仅具有粒子性，而且一定具有波动性；用事实证明了：电子、光子在运动状态上，具有相似性。可以说，为物理学向纵深发展提供了科学依据。后来，很多实验证明，不仅电子何光子有“波粒二像性”，质子、原子、分子的运动都具有“波粒二像性”，因为是物质的运动状态。
那么，量子力学的本质是什么？笔者以为，量子力学的本质在于揭示了微观物体的运动状态。即在微观世界，物体都是以粒、波两种形式或者说两种模式运动。现在我们知道了，物体的这两种运动状态或者说运动模式不仅微观世界有，也存在于宏观、宇观世界里。可以说，事物与物质的存在与运动，都在遵循这种状态或者说是模式。笔者经探究发现，人类社会的经济事物与经济物质同样如此。
（二）量子力学“半经典”性质和它的理论缺陷
量子力学以雄辩的事实揭示出：微观物体运动的连续与间断、波动性与粒子性的对立统一。被人们称为是20世纪物理学界一项最伟大和最具有革命性的理论。它也为辩证唯物主义和历史唯物主义提供了论据。但是，就像经典物理学一样，量子力学的创立同样为我们留下了许多令人遗憾的理论缺陷。
1、量子力学为何具有“半经典”性质？
由于量子论是介于经典力学与量子力学之间的一种东西，在数值上，往往不能与实验相吻合，所以在1923年后，包括德布罗意、薛定鄂、海森堡、狄拉克在内的一批物理学家，才有可能进一步使量子论得到发展，并最终建立起能反映微观粒子性质及其运动规律的量子力学。由于利用这种新的理论在解决原子与分子的范围与结构问题时可以得到与实验相吻合的结果，所以，它普遍地被人所推崇。
我们知道，在古典物理学中，运动物体的位置和动量可以通过实验准确地测出；而在微观系统中再用实验手段准确测出微观粒子的位置和动量就行不通了。这是由于：科学研究由宏观进入微观时会遇到，测量仪器是宏观的而研究对象是微观的矛盾与干扰。这种干扰，对于宏观客体来说似乎无关紧要，可对于微观世界那些质量极小的粒子来说，每次观察都意味着，对微观客体产生“重大”干涉。
比如，从整体上看，原子的质量是很小的，而且又主要集中于原子核内，再加之测量仪器的限制和测量手段的落后，所以要把组成微观事物的内在物质质量、结构等问题搞清楚，可以说是难上加难了。如何才能解决这个矛盾？似乎只有把那些“测不准关系”一并考虑进去的时候，其“矛盾”才有可能得到解决。否则，由于宏观仪器对微观粒子的干扰，所以从宏观得来的一些数据就不再准确了。
如何能做到这个问题？唯一的方法是，能提前将可能产生的误差或者说干扰考虑进去。于是，为了解决这一问题，海森堡于1927年提出了“测不准关系”的概念。这样，主观与客观之间便可以实现“互补”了。“互补”概念的提出，既是科学家辩正思维的结果，又是对辩证法的补充。目前，科学界普遍认为“测不准关系”不仅是手段问题，也体现在思想上，说明对客观的认识与实际总存在差距。
狄拉克说：“互补”思想急剧地改变了物理学家的世界观，其改变程度大概是空前的。奥本海默也把“互补”的概念称为是“人类思维进入新阶段的开始”。它证明了或者说解决了，粒子性、波动性和客观性、主观性不仅是排斥的，而是“互补”的。当然，这也不是说，量子力学是没有缺陷的，是放之四海而皆准了理论。至少，与爱因斯坦的相对论力学相比，量子力学仍然存在“半经典”的性质。
2、量子力学都存在那些理论缺陷？
理论是否非要建立在实验基础上？理论能否先于实验产生？理论于实验究竟应该处于一种何种关系？既是物理学家、理论物理学家，又是哲学家、思想家的爱因斯坦认为：数据的取得不应该仅仅依赖于实验成果。他指出：理论物理可以先于实验成果而诞生。由于波尔、海森堡的量子力学仍然建立在实验基础上，所以在宏观仪器和微观粒子之间，海森堡产生了这样或那样的“矛盾”也就不足为怪。
薛定鄂在爱因斯坦光量子论的启发下，明白了组成气体的分子在统计上的行为与光量子是一样的道理。同时，他也接受了德布罗意物质波思想，但又不满足于德布罗意的工作，试图寻找到一个更为普遍的理论。于是，他把德布罗意的物质波理论推广到非自由态粒子，从而找到了一个普遍都能适用的公式——薛定鄂振幅方程。1926年，他先后发表了4篇论文，最终完成了“波动力学”的创立工作。
其实，薛定鄂的振幅方程，比海森堡“测不准关系”还要早。其重要性在于：不仅能解释电子绕射问题，也对ψ函数所加的能量、动量等量子化条件上。——不像波尔，将量子化条件人为地加上。
可是，由于海森堡、薛定鄂的量子力学都没有考虑到相对效应，之后英国物理学家狄拉克提出了更符合狭义相对论要求的电子论，并创立了“相对性波动力学”。狄拉克认为：电子应该具有“自旋”和“磁矩”效应。因此，他大胆地预言了反粒子的存在。1932年，美国物理学家安德森发现了正电子并证明狄拉克的电子波动力方程，不仅扩大了基本粒子的范围，也使量子力学成为完整的理论体系。
狄拉克的相对性波动力学的诞生和他关于存在反物质的预言，使人们认识到：客观物质的相互对应关系，即有物质就有反物质、有原子就有反原子、有原子核就有反原子核、有核子就有反核子、有电子就有反电子（正电子）、有质子就有反质子、有介子就有反介子等。如此，能否得到有宇宙就有“反宇宙”的结论？笔者所以给“反宇宙”加引号，是因为迄今为止人类还未发现，仅是一种预言而已。
经科学实验证明，反粒子与其对应的粒子的（千万不要理解为是对立的）质量、自旋、平均寿命和磁矩的大小基本相同。如果带电，则所带电量与对应粒子相等而符号相反；磁矩、自旋和取向关系也相反。学过高等物理的人知道，反粒子与它所对应的粒子相遇时就会发生湮灭，从而转化为他种粒子（如多个光子、介子等）。这些，也为我们认识社会物质的对应性和状态上的相似性提供了参考依据。
广义相对论在没有被证实之前曾经被人们称为“怪物”。在当时，提出几种考证方法与实际也存在一定差距（与监测设备和思维方法有关）。但是，爱因斯坦却敢于提出自己的观点，因为爱因斯坦认为理论物理的意义就在于能够在实验结果未出来之前说明问题。至于说观察设备的“宏观”与观察对象“微观”的矛盾，可以在随后的实验中逐步得到解决。其实，这正是狭义、广义相对论产生的理由。
