量子力學
Квантовая механика
物理學的一個部分,它研究微觀客體——電子、質子、中子和其他“元”粒子以及原子、原子核的運動規(guī)律。微觀客體的運動和普通物體的運動具有質的區(qū)別:它不是沿著軌道移動。正如實驗所證明的,微觀粒子顯露出二象性:它們表現(xiàn)出微粒的某些性質,同時也表現(xiàn)出波的某些性質。就是說,微觀粒子在猛烈撞擊的條件下,和微粒一樣,其活動范圍是很小的,但同時它在運動中卻和波一樣,占有很大的空間范圍。這種運動在空間和時間中顯露出周期性。微觀粒子的運動在每一瞬間都是由包含微觀粒子的整個體系中的物理條件決定的。微觀粒子的這些特點也決定了由微觀粒子所構成的復雜體系的性質。例如,不可以同量子論以前的物理學一樣把原子想象為由空間中截然分開的微粒組成;復雜的原子中的每一電子,在空間不是和其余電子隔離的;每一微觀粒子都是屬于整個體系的,盡管它同時保存著局限于這股體系中一個小部分的能量和表現(xiàn)自己與體系無關的個性的能力。
微觀粒子和微觀體系的這些性質表現(xiàn)在量子力學的規(guī)律中。量子力學的基本規(guī)律性表現(xiàn)出表徴微觀粒子的微粒性的物理數(shù)量(微觀粒子的能量和動量)與表徴微觀粒子的波動性的數(shù)量(波的頻率和長度)之間的關系:粒子的能量和與粒子運動相聯(lián)系的波動過程的頻率成正比,而動量(運動的量)與波的長度成反比。因此,微觀粒子的運動是由一些內(nèi)容上與古典物理學中類似的數(shù)量不完全相合的數(shù)量所表徴的。
例如,動量(運動的量)不是在任何一種微觀粒子的狀態(tài)下都是微觀粒子運動的度量(而對大粒子說來則是這樣的),而只有在微觀粒子和外部環(huán)境聯(lián)系不緊密的“自由”狀態(tài)下,動量才是微觀粒子運動的度量。微觀粒子的坐標(微觀粒子所局限的空間范圍)取決于外部條件,取決于一個粒子和其他粒子聯(lián)系程度。
從量子力學的規(guī)律中得出了大家所知道的測不準關系這個結論。根據(jù)測不準關系,微觀粒子的局限范圍和微觀粒子的動量的測不準程度(“彌漫”)之間存在著這樣的關系:微觀粒子的聯(lián)系愈緊密,微觀粒子在相互作用時所占的空間范圍愈小,則表徴微觀粒子這種“自由”粒子的個體活動的動量就愈測不準。反之,粒子的聯(lián)系愈是不緊密,則粒子運動的空間范圍愈大,它的動量也就愈測得準。
我們發(fā)現(xiàn)了微觀粒子運動的規(guī)律,就能夠解釋很多由實驗確定的事實和規(guī)律性,首先能夠解釋原子和分子的特殊穩(wěn)定性以及它們只有通過間斷的“小數(shù)量”或者量子(“量子力學”“這個名稱就是由此而來的)才能放出或吸收能量這一事實,同時就能夠預言一系列以前大家都不知道的現(xiàn)象,特別是電子和其他微觀粒子的衍射現(xiàn)象。下述的電子的衍射現(xiàn)象特別明顯地表現(xiàn)出微觀客體的二象性。當具有同樣動量的電子的流透過整齊地排列的原子組合時(例如透過結晶薄膜),電子流被原子組合所散射,然后又落到屏幕上,屏幕上每一電子所射中的地方都發(fā)出閃光,那時在屏幕上便準確地出現(xiàn)了相互交替的明暗環(huán)(或明暗圈),于是得到了一幅和x射線(波)通過結晶體時的衍射圖畫完全相似的圖畫??梢?,電子局限于一處活動時類似粒子,同時在運動時又類似波。量子力學對原子(或者分子)能量的量子化解釋如下:既然電子的經(jīng)常運動與使電子跟原子核和其他電子相聯(lián)系的電場的全部結構相適應,既然它具有波的運動的特征(這種運動受波動規(guī)律的控制),所言它不能是別的運動,而原子中電子的能量也不能不斷地改變?yōu)槿我庑〉臄?shù)量。所言,原子中電子的長久運動是量子化的運動,它們的能量只能具有許多斷續(xù)的數(shù)值。這說明了原子的特殊穩(wěn)定性,原子在每秒鈡內(nèi)和其他原子發(fā)生千百萬次的碰撞,但在大多數(shù)的情況下,它保持著自己的結構和內(nèi)部運動的性質。量子力學也說明了許多其他的事實,其中包括化學鍵的本性,固體——金屬、半導體、絕緣體(電介質)——類型的差別,原子放射光譜的結構等等。量子力學是某些新技術部門的基礎之一。
雖然量子力學有很大的成就,但由于在資產(chǎn)階級物理學中流行著對這一理論的主觀唯心主要的歪曲,并且由于這種歪曲也曾影響過某些蘇聯(lián)物理學家,它的反之仍然是緩慢的。資本主義國家中有許多物理學家(包括對量子力學的創(chuàng)立有很大貢獻的海森堡、波爾、施略丁格爾在內(nèi)),堅持主觀唯心主義的這些觀點,以歪曲的形式提出量子力學。唯心主義者把電子和其他的微觀粒子看做舊有意義的粒子,宣稱電子運動的特殊規(guī)律是根本不可理解的,其實這些規(guī)律是根本不可理解的,其實這些規(guī)律都是由電子的本性所決定的。它們斷言,表徴微觀粒子運動的物理數(shù)量似乎是宏觀的,是和微觀客體的本性不合適的。按照它們的意見,科學在原則上是不能發(fā)現(xiàn)宏觀特性以外的其他運動特性的,因為一切物理知識”按其本質說來都是“宏觀的”,而物理知識之所以是宏觀的,乃是由于認識的主體——人——是宏觀的生物。唯心主義者斷言,微觀粒子或者具有這些性質或者具有那些性質(相互“并協(xié)性的”性質),是由所應用的儀器決定的。儀器似乎“造成”客體的狀態(tài)。唯心主義者竟達到了否認微觀過程中的因果性、承認電子的“意志自由”和其他的神秘主義的地步。隨之就得出了一些反動結論,即認為量子力學具有普遍性、認為不可能有更深奧的微觀過程的理論。量子力學的真實內(nèi)容駁倒了唯心主義者這些危害科學的捏造。微觀客體的運動取決于微觀客體不依賴觀察者而存在于其中的那些客觀物理條件,而不是取決于僅僅揭露粒子運動狀態(tài)的宏觀儀器。量子力學的概念實際上是恰如其分地表明了微觀客體的運動規(guī)律的特殊性,它決不僅僅是“宏觀的”概念。蘇聯(lián)科學家指出,對量子力學所做的主觀主義解釋是根本站不住腳的,是徹頭徹尾反動的。但是,在蘇聯(lián)物理學家面前還擺著對量子力學做徹底唯物主義的解釋的任務,還擺著進一步概括和反之量子力學的任務。
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