量子力学的学术争论有哪些流派?他们的观点是什么?目前的主流观点是什么?

哥本哈根学派对量子力学的解释

歌德-布哈根学派成立于20世纪20年代初,以丹麦著名物理学家尼尔斯·玻尔为首。玻恩、海森堡、泡利、狄拉克是这个学派的主要成员。它的诞生地是玻尔创立的哥本哈根理论物理研究所。哥本哈根学派为量子力学的建立和发展做出了杰出的贡献。而它对量子力学的解释被称为量子力学的“正统解释”。玻尔本人不仅在早期量子理论的发展中发挥了重要作用,他的认识论和方法论也促进和指导了量子力学的创立。他著名的“互补原理”是哥本哈根学派的重要支柱。玻尔领导的哥本哈根理论物理研究所成为量子理论的研究中心,使这个学派成为当时世界上最强大的物理学派。

哥本哈根学派的解释首先表现为海森堡的定量不确定关系。这种用作用量的量子H表示的数学关系,在玻尔1927年9月提出的互补原理中,从哲学上进行了概括和总结,用来解释量子现象的基本特征——波粒二象性。所谓互补原理,就是涨落和质点的互为补充。

该学派提出的量子跃迁语言和测不准原理(测不准关系)及其哲学延伸(互补原理)在物理学中被广泛采用。所以哥本哈根学派对量子力学的物理解释和哲学观点,自然是众多学派的主体,是正统的、主要的解释。

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量子力学的随机解释

随机解释认为,通过研究薛定谔方程、费曼积分和马尔科夫过程之间的关系,应该把量子力学解释为一种经典的概率论或统计过程理论。这些过程是随机的,例如,布朗运动理论被用来解释不确定的关系。

第一个给出量子理论随机解释的薛定谔,以及后来的薄公国都认为波粒二象性的矛盾是由于波被视为一个独立的实在。如果把波动看成是粒子系综的集体特征,比如声波,就不会有矛盾。后来,他们借助量子场的产生和湮灭过程建立了广义统计力学。由此推出量子力学定律。他们进一步认为波函数只代表时间和空间中事件的顺序。因为基本事件是按自然规律分别产生和消失的,所以这些序列的规律具有统计性质。随着统计电动力学的发展,人们发现经典随机系统和量子力学系统有很大的相似性。

薛定谔也认为“客观实在”只能归于阿波罗而不能归于粒子,他也不准备把波解释为“概率波”。因此,他认为通常解释中只有组态空间中的波才是概率波,而三维物质波或辐射波不是概率波,而是具有连续的能量和动量密度,就像麦克斯韦理论中的电磁场一样。因此薛定谔是正确的。

爱因斯坦和玻尔关于量子力学解释的争论

爱因斯坦和玻尔关于量子力学解释的不同观点的大辩论,是量子力学创建和发展过程中最具代表性的一场辩论,本文对此作了较为深入和完整的阐述和分析。

玻尔在1918中提出了对应原理,认为量子理论可以以某种方式与经典理论一致,即量子态中原子的特性和稳定性是有一定限度的。只有当外界干涉的强度不足以将原子激发到更高的量子态时,原子才会表现出量子特性。如果干扰很强,量子效应的特征就会完全消失。原子也有经典性质。海森堡在这个原理的基础上建立了矩阵力学,可观测量是物理理论。波动力学也是通过量子和经典的对应建立起来的。海森堡在1927年提出“测不准关系”后,玻尔随后于同年9月在意大利科莫举行的纪念伏打逝世100周年国际物理学大会上发表了题为“量子公设和原子理论的近期发展”的演讲,提出了著名的“互补原理”,在学术界引起了极大的震动。互补原理认为,粒子和波的概念是互补的,同时又是矛盾的,是运动过程中的互补图像。观察微观现象的特殊性,微观物体与测量仪器的相互作用是不可忽略的,因为最小作用量H起着重要的作用。这种相互作用原则上是不可控的,是量子现象不可分割的一部分。这种不可控相互作用的数学表达就是“不确定关系”,这就决定了量子力学的定律只能是概率性的。为了描述微观对象,必须放弃决定性的因果关系原则。量子力学精确地描述了单个粒子系统的状态,这是完整的。玻尔特别强调微观物体的行为取决于观察条件。他认为,一个物理量或特性本身并不存在,而是在我们观察或测量时才有意义。哥本哈根学派写了很多文章,宣传互补原则,提出了客观不可分的观点。他们还将互补原则扩展到生物学、心理学,甚至社会历史的各个领域。

1927 10第五次索尔维会议于10月24日至29日在布鲁塞尔举行,会上玻尔再次阐述了他的互补原理。量子力学的哥本哈根解释被许多物理学家接受,成为量子力学的正统解释。但在大会上,互补原理遭到了爱因斯坦、薛定谔等人的强烈反对,开启了物理学史上前所未有的时期。

事实上,爱因斯坦和玻尔的争论始于1920年4月。当时,玻尔访问了爱因斯坦所在的德国柏林,第一次见到了爱因斯坦。他们就量子理论的发展交换了意见,谈话的主题是对光的波粒二象性的理解。乍一看,这场争论似乎是爱因斯坦的断言,即一个完整的光理论必须以某种方式将波动性和粒子性结合起来。而玻尔则坚持光的经典波动理论,否认光子理论基本方程的有效性。但仔细分析就会发现,玻尔强调要完全脱离经典力学的概念,而爱因斯坦则赞成光的波粒二象性,但坚信波和粒子的两面可以有因果关系。

爱因斯坦坚决反对量子力学的概率解释,不赞成抛弃因果论和决定论的概念。他坚信基础理论不应该是统计学。他说,“上帝不会掷骰子。”他认为概率解释的背后应该有更深层次的关系,把场作为更基本的物理学概念,把粒子归于场的奇异性。他还试图将量子理论纳入基于因果性原理和连续性原理的统一场论。因此,他在第五次索尔维会议上支持德布罗意的导波理论,并在发言中强调,量子力学只能描述许多相同系统的系综的行为,因此是不完整的理论。

这表明,

量子力学的发展是一个充满争吵的发展,主要是哥本哈根、玻尔、爱因斯坦的争论。