赵国求教授的球量子与环量子之争 摘要:《物理学的新神曲》一书的本意是想梳理牛顿、玻尔、德布罗意、康普顿、薛定谔等物理大师的理论,指出波函数描述微观客体“形”的变化规律。但主要作者赵国求教授,仍停留在原来的球量子拓扑类型上,这就必然要引起环量子与他的球量子之争。 关键词:德布罗意、康普顿、球量子、环量子、密度波、三旋 【0、引言】 笔者发表的《<物理学的新神曲>中“赵国求疑难”探讨》,提出“《物理学的新神曲》的球量子单曲率诠释体系,存在拓扑分类、驻波图象、实验分析等硬伤”。赵国求教授以《王德奎观点之我见》,在网上作回应。他其中提出五点反驳: 1、在《物理学的新神曲》中,波函数描述微观客体“形”的变化规律所说的“形”,与哥本哈根学派所说的“质点出现的概率”是可以相互转换的。人们想象的那个不变“形”的电子,只是“自在实体”,而非“现象实体”,把“自在实体”等价于“现象实体”是牛顿力学的抽象。王先生的立场实际上是牛顿力学的立场。 2.在《物理学的新神曲》中,康氏波长除以2π等于环形电流的半径。牛顿力学、相对论力学、量子力学都是质点力学,光子也是质点,与电荷对应的电磁场的性质也只能赋于质点光子。王先生所说的“环面”,非赵及其合作者的概念,所谓“环面套在球面上”是王先生把自己认定的概念复盖在别人的体系上。 3.《物理学的新神曲》中,式8.12和式8.13及式8.14中的n,除可转化为物理概念之外,它的本意是数学上的倍数关系,而这两个倍数关系刚好相等,数学运算中可以约去应是常识。其实,式8.15就是德布罗意物质波公式。不过,这里德氏的物质波波长与动量的关系式是“推导”出来的(或许这正是德布罗意假设的依据)。王先生在这里把一个纯数学的运算关系与引申的物理概念混到一起,大谈赵混淆了物理概念,其实,真正混淆概念的是王先生自己。 4.原子中电子的能级半径rn,我们从来没有讨论其曲率,而我们为原子中电子“建构”的基准曲率半径是由德布罗意物质波长λ决定的(不是康普顿物质波波长λ0),随着不同能级λn的不同,电子基准曲率也是变化的,这就是我们称的“形”的可变性。它是人类通过实验由理论“建构”的,不是想象中那个不变形的电子,但可能是它的影象。此外,德布罗意波长与康普顿波长是两个不同的概念,一个是径典牛顿力学的,一个是相对论的。王先生把这两个概念混在一,在讨论原子中的电子行为时,来回穿插混合使用,怎么可能会有逻辑一致的正确结论呢? 5.原子的稳定性和电子的稳定性的主要是指其能量不耗散,不是指通过实验观察,由理论为其“建构”的“形”的不变。因为王先生的所有论述都站在认定客体不变形的立场上,其自然观与赵及其合作者不同,简单混用,必然造成谬误。 笔者对赵国求教授的《王德奎观点之我见》回应如下。 【1、从牛顿到赵国求】 《物理学的新神曲》的本意是想梳理牛顿、玻尔、德布罗意、康普顿、薛定谔等物理大师的理论,指出波函数描述微观客体“形”的变化规律,但主要作者赵国求教授仍停留在原来的球量子拓扑类型上,这就必然要引起的环量子与赵教授的球量子之争。因为他评论牛顿以质点为研究对象时,指责牛顿的质点无大小;说牛顿力学建立的力学体系,从参照物到坐标系,根据点粒子力学的原则,物体自身的几何形象及运动中形象的变化都全部抽掉,没有了时空形象。 这表明,牛顿力学中完全忽略了运动及观察中使用的场信息对物体时空特征的影响,又说在狭义相对论中,爱因斯坦是用电磁场(光)作为观察物体时空特性的场信号的,时空体系建立之前,参照物不是质点,爱因斯坦“火车对时”实验就是最好的说明。这里,赵国求忽视了牛顿对微积分方法的创立,以及微积分方法的创立是建立点粒子力学的基础;因为所谓场信息,本质是一种连续性,而连续性正是微积分方法的基础。因此牛顿的“质点”,本质是“球量子”的一种抽象。 球量子可以有不同的大小,但都可以连续变为点粒子。赵教授忽视了球面与环面是不同的拓扑类型这一常识,才弄出不同大小的球量子,有不同的曲率。赵国求说“形点转换”,不同的曲率有不同的几率,这样量子力学曲率解释就可以包容几率解释,并赋予波函数曲率含义,避免了几率解释中的逻辑矛盾。这是错话。 中国有句俗话:“见死不救不是朋友”。因此,笔者要对赵国求教授说:他的“球量子”可以有不同的大小,但“球量子”和“环量子”不是同一种拓扑类型,而是不同的拓扑类型。“形点转换”,曲率也不能转换为几率;因为在局域中,不同大小的球之间碰撞,与相同大小的球之间碰撞,有差别,但球之间碰撞的几率并没有本质的差异。 至于说到电磁场,这里是球量子与环量子拓扑类型并存。例如“点”电子周围的电场,电子发射的电波,类似球量子拓扑结构。而类似圈套圈的电磁场传播,即变化的电场产生变化的磁场,变化的磁场产生变化的电场,这里就含有类似的环量子拓扑结构。而爱因斯坦多次走到环量子的边缘,但都没有成为环量子科学家。例如,他创立狭义相对论,革以太场的命,用光速有极限代替以太场,那光子就类似圈套圈的电磁场传播。二是他创立广义相对论不久,波兰人卡路扎(T.Kaluza)把广义相对论的四维时空理论发展为五维时空理论,爱因斯坦帮助其发表,后瑞典人克林(O.Klein)解释其第五维,类似微小的环圈,例如一条线,就类似环圈重叠形成的圆柱面。 赵教授赞同日本物理学家坂田昌一批评基本粒子不是数学上的点,主张把只具有位置而没有长度、宽度、厚度和体积的数学中的“点”,改为物理学的“体”;这虽然是一次进步,但坂田说的“体”,仍然停留在原来的球量子拓扑类型上。相反,20世纪初,“量子论”一提出,就遇到点量子的发散困难,海森堡就正确地提出,“量子”存在着一个长度的最小单位,叫普朗克长度,或普朗克常数。 这是一个不确定性的“点”,而不是决定论的“点”。其实海森堡的这个说法,同时已经包含有球量子的意思,只是大家都不知如何展开。 赵教授所说的“形”与哥本哈根学派所说的“质点出现的概率”,是不可以相互转换的。赵教授所说的“自在实体”与“现象实体”,跟罗嘉昌教授说的物质实体与关系实在、刘月生教授说的结构信息与交换信息是对应的,其本质是类似粒子与场的对应。 例如在原子整体中,电子是部分的,是粒子标记,类似三旋转座子;原子则类似是整体的,相对电子类似场。这里,粒子标记与场虽各也可有球量子与环量子拓扑类型并存,但即使整体中的粒子有环量子标记,也只可看作类似三旋类圈体的转座子,而场才可以看作类似是整体的三旋类圈体。所以,无论是卢瑟福建构的类似太阳系的电子轨道模型,还是玻尔提出电子能级跃迁概念,以及薛定谔的波函数概念和玻恩对波函数的几率波诠,都还存在粒子与场或物质与信息,跟球量子与环量子拓扑类型的对应认识与探索。赵教授最终倒向超光速,而与牛顿相一致,其立场是否也是牛顿力学的立场? 【2、《物理学的新神曲》式8.12和式8.13及式8.14中的n】 科学不但在于掌握真理,也在于提出问题。《物理学的新神曲》力求以“形”研究量子力学,是属于提出问题的著作,笔者是十分喜欢的。因为笔者也喜欢以“形”研究量子力学,从上世纪50年代末开始,笔者由置疑物质无限可分和受基本粒子不是点粒子争论的启发,看到量子力学会分成两派:一派类似球量子,这是一种单曲率解释;另一派类似环量子,这是一种双曲率解释。 单曲率对应的球面,而双曲率对应的环面;但在拓扑学上,不但球面与环面是不同伦的,而且拓扑不变量、亏格也不同。由于环面比球面具有更多的不确定性,笔者更多倾向于环量子,并提出环量子的部分──即转座子与环量子不同伦:环量子存在绕环量子圈面内轴线旋转的体旋;绕垂直于环量子圈面中心的轴线旋转的面旋;绕环量子圈体内环状中心线旋转的线旋等三旋。 这里,环量子的自旋,不同于宏观物体的自旋,是物性的内禀运动。以环量子的三旋能表示各种基本粒子的“三旋状态组合”,称为“圈态 密码”。经过40多年的探索,2002年5月笔者著的《三旋理论初探》一书由四川科学技术出版社出版了。书中的第一要务,就是要协调物理学中相对论的局域性与量子力学的全域性之间的不协调问题。 为了说明三旋不是数学魔幻和有实验室证据,《三旋理论初探》一开头的8--9页,就举出了人人可做的极向对称守恒和极向对称破缺的单手征及双手征实验。51--59页又举了三旋理论得出的物质族质量谱计算公式。及推出胶子球候选者检验的实验室证据和证伪方法。 2004年3月《物理学的新神曲》的第三位作者吴新忠博士,收到《三旋理论初探》一书之后,电邮来他评述赵国求量子力学曲率解释的 论文。笔者出于量子单曲率与双曲率解释可以取长补短的想法,在吴博士论文的基础上,写出《量子力学的曲率解释与三旋》,提出与量子曲率一起的还有量子挠率和量子几率;是量子曲率波、挠率波、几率波三者一起,才构成量子波粒二象性现象的。 该文经吴博士修改和同意,当月以两人合作的名义在网上公布。 接下来的4至6月,我们以每周交换一次电子邮件的频繁,讨论球量子与环量子解释。由于吴博士坚持“你如何知道基本粒子的形态的?数学物理论证不清楚,实验根据也不知道,你实际上是位高明的科学猜测家。不要怪别人不理解你:自己的简单表述与类比如何能够说服人?赵国求的地位不比你高,宣传也不如你积极,但是李新洲,赵峥,何祚庥,胡新和,关洪,董光壁等,都认为他既新又合理。但是你的东西,别人觉得新奇之外,实在不敢相信你搞对了”。
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