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teamark
楼主
学习过量子力学的人都不会不知道这样的两个历史: 1、黑体辐射的解释困难。 2、卢瑟福的原子模型在应用电动力学方程求解时遇到了前所未有的麻烦,原子不可能稳定的存在,会随电子绕原子核的旋转辐射能量而坠落到原子核上,而事实上,原子确是稳定地存在着,因此说电动力学不适用于微观领域,而引出了Borh的氢原子光谱理论,进而建立了量子力学。 但是这里的两个历史事件中有以下问题: 1、利用电动力学所建立的方程的依据是什么? 2、当我们认为电子会向外辐射能量时,有没有注意这样一个事实:这就是发光其实是原子能量的变化,那么从哪里可以得到连续而稳定发光的光源? 第一个问题,从历史上看,实际上是洛仑兹电子论的杰作,但是其出发点之一是经典理论里面的点电荷:没有大小,没有任何内部运动的刚体小球。其二就是推迟解,这其实是应用了因果规律的结果,但是不要忘了还有另外一个结果--超前解,这个解相当于辐射的时间反演,即吸收,这两个都是方程的解,只不过因为后者是不符合因果规律而舍弃。但是这种舍弃是有条件的,这就是必须符合因果规律。但是问题随之而来,为什么我们有时候可以用到超前解,有时候又不能够用到,在原子结构的问题上为什么就不能够用到?实际上这种超前解在量子电动力学中却得到了一个令人震惊的结果,即正电子解,为什么这时用超前解又不违反因果规律?爱因斯坦当年也曾经对电磁波只有推迟解而没有超前解疑惑不解。 第二个历史事件中,原来黑体辐射的理论是基于以下观点:物体发光时连续不断的,即对于某个波长的光的光源来说,它所发出的光是完整的一波阵面,而且是连续不断,无穷无尽的。而事实上发光的原子是分离的,只能够是一个在吸收能量后发光然后再回到原来状态,再次吸收后再发光,这样周而复始的循环的结果,因而发光根本就不可能是连续的,由此得出的结论当然就不符合实验结果,而普朗克的公式就是自然而然的事情。 由此看来这样两个事件中的失败的理论是由于建立在错误的模型上,而不是电动力学本身的问题。对超前解来说,其实就是什么时候该用,什么时候不该用,当不该用的时候,其理由只有一个:因果规律,但是对于原子模型来说为什么这时有超前解就不符合因果规律?量子场论里面对于源与场有这样的观点,源通过不断地发射和吸收虚粒子与场交换能量因而与场产生作用,对于电场就是不断地发射和吸收虚光子,将这两个过程套用到原子中的原子核以及电子,就可以看到实际上电子与原子核是不断地通过虚光子产生作用,这个过程是不对外发射光子的,这就相当于对应于电动力学的方程的两个解,推迟解和超前解,将这两个解看作是两个态函数的话,那么稳定状态下的电子的运动状态应该是这两个态的叠加,两者的纪律都为1/2,不对外辐射。 由以上的分析可以看到,量子力学并不是电动力学失败的结果,而是电动力学的错误的模型导致失败的结果,并不能够证明电动力学不适用于微观领域,推迟解和超前解一样都有着重要的作用。
2007年03月02日 01点03分
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