用宇宙哲学“互补原理”重解量子力学的诞生
  普朗克和爱因斯坦是两位公认的量论和量力学的奠基者，为了解释经典热力学与“黑体辐射”不相融的疑难问题，1900年，德国理论物理学家普朗克提出了一种与经典理论不同的解释，他对辐射机制的新解释开创了量论和量力学的“新物理学”时代。量论的诞生不仅早于相对论，而且由量论推动的量技术广泛地应用在人类的生产和生活中，深刻地影响和改变了人类的文明和交往的方式。我们也许可以不理会相对论的物理含义，而让物理学家和科学爱好者去探究相对论的真相和精髓，但是，互联和“互联加”，人工智能和机器人，云计算和智慧社区的概念“铺天盖地”地出现在媒体中，我们浸润在互联和数据化、智能化、电化的氛围中，每天都在“呼吸”由技术创新和文化创意带来的“新鲜空气”。我们注意到阿里巴巴集团的“创客”、互联经济的“教父”马云在各种大会场和分会场的演讲中屡屡到互联的重要性，就像人类在工业时代离不开煤和电一样，人类在信息时代也离不开数据和互联，既然“鱼儿离不开水、儿离不开秧”，那么马云也需要关注量物理的进展，因为推动数据和互联技术、智能和芯片技术的力量正是来源于量物理。

  普朗克在辐射能量的传递中假设了“能量”概念，将经典热力学定义的连续能量理解为不连续的“能量”传递。“普朗克定律”指明了黑体的辐射能量只与光的频率有关，而与光的振幅无关，震荡的辐射能量大等于光的频率与“普朗克常数”的乘积。普朗克的“能量理论”揭示了光的本质，光不仅是物理学家惠更斯确定的波的传播形式，而且是物理学家牛顿确定的粒的存在形式，能量在宏观的范围表现为连续的波动性，而在微观的范围表现为不连续的粒性。单一的光的波动性和单一的光的粒性被双重的光的波动性和粒性所代替。1905年，爱因斯坦根据普朗克的“能量”假进一步提出了“光量”理论，“光量”和光是一个概念，爱因斯坦认为在宏观层面上看起来是连续的光波在微观层面上则是量化的，单色的光由一个个的光组成。我们不能不承认：普朗克提出的“能量理论”和爱因斯坦提出的“光量理论”存在形式的一致性，适合“等效原理”的注释，同样，普朗克发现的“普朗克定律”和爱因斯坦发现的“光电效应方程”存在逻辑的关联性，适合“等效原理”的注解。“光电效应”表明，光和电可以交换能量，交换前后的总能量保持不变。

  波尔是一位公认的量论和量力学的开拓者，他是量力学和量物理哲学中“哥本哈根学派”的领袖人物。波尔对量力学的贡献不低于爱因斯坦发现了“光电效应”，从1913年到1915年，波尔发表了三篇论述原结构的论文，用量理论描述了一种新的原结构模型，他在普朗克能量和爱因斯坦光量假的基础上提出了角动量的量化理论，简要解释了原的光谱特征，从理论上初步阐明了门捷列夫的周期律。波尔的量理论为量物理学的发展开辟了新的道路，拓展了新的空间。波尔对量物理哲学的贡献同样不低于晚年的爱因斯坦建立的“新宗教”和道德哲学，1927年9月，波尔在科摩召开的国际物理学会议上提出了“互补原理”，用以解释量力学的波粒二象性原理，晚年的波尔致力于将量力学的“互补原理”推广到哲学社会学的研究中，在哲学界引起了不同寻常的反响。

  要理解互补原理的含义就要首先了解量力学中的“测不准原理”，在一个微观粒的运动中，我们不能同时获得它的时空坐标和它的动量参数，精确地获得它的时空坐标，就不能同样精确地获得它的动量参数，反之亦然，这种“不可兼得”性可以解释我们不能同时获得一个微观粒的粒和波动信息的原因，而可以将时空坐标看成是一种粒信息，可以将动量看成是一种波动信息。既然在一个物理实验中不能同时精确地获得一个粒的位置和动量参数，那么这两种精确的物理参数不能同时并存，不能“成双成对”地出现在一个舞台上，只能用互相排斥的概念进行描述，即：精确的时空坐标和精确的动量参数是相互排斥的，我们不能同时获得粒性和波动性的精确参数。波尔认为，粒性和波动性的两种属性在经典物理的解释中是互相排斥的，而在量物理的描述中则是缺一不可、相互补充的，我们在微观粒的实验中不能同时地精确测定粒性和波动性，，这恰好明这两种属性具有互补性。

  在19世纪和19世纪之前，一些物理学家主张光的粒性，牛顿是其中的主要代表人物；而另一些物理学家主张光的波动性，惠更斯是其中的代表人物，两派物理学家进行了“长期不懈”、“各自为阵”的争辩，这不仅推动了物理学的发展，而且导致了量力学的诞生。本作者在科学史的学习中发现，大多数科学史家把量力学的诞生归功于英国物理学家开尔文勋爵的“预测”，认为开尔文勋爵用“两朵乌云”预测了现代物理学的诞生，认为他从“一朵乌云”中预测了广义相对论的诞生，而从“另一朵乌云”中预测了量论的产生。普朗克和他同时代的物理学家对不能用经典热力学解释的“黑体辐射”感到困惑，这的确是笼罩在当时物理学家头顶上的“一朵乌云”，普朗克找到了对“黑体辐射”的量化解释，这直接导致了量物理的产生。本作者认为不能将量力学的诞生看成是一个孤立的物理事件，而应当看成是由多个物理事件导致的结果。普朗克找到了一个突破口，而以惠更斯为代表的光的波动学派和以牛顿为代表的光的粒学派发生了“长久不衰”、“波涛汹涌”的争辩，这为量力学的诞生准备了土壤。实际上，海森堡提出的“测不准原理”就与“黑体辐射”的解释无关，而海森堡和薛定谔提出的量原理同样构成了量力学的基础，他们研究的微观力学和普朗克研究的量力学符合等效性的解释，而微观力学和量力学只是名词的不同。本作者相信，没有对“黑体辐射”的量化解释，微观力学、或者“量力学”也一定能够诞生。

  为了在科学史的研究中得出一种新的见解，本作者假设一个“德国学派”或“柏林学派”的存在，而“丹麦学派”或“哥本哈根学派”是量力学研究中一个公认的学派，不需要假设。所有的科学史家都认为量力学诞生于“德国学派”、或“柏林学派”，所有的科学史料记载了开尔文勋爵1900年在皇家物理学会上发表的“两朵乌云”演，记录了普朗克创立量物理的“前因后果”。本作者认为即使没有“德国学派”、或“柏林学派”的存在，“丹麦学派”、或“哥本哈根学派”的研究成果和研究方式同样能够导致“量力学”、或“微观力学”的诞生。既然科学史家和科学史料忽略了“哥本哈根学派”在量力学起源中的作用和贡献，作为科学爱好者的我们就有理由去发掘历史背后的真相，还原科学史的本来面目。实际上，以惠更斯为代表的光的波动学派和以牛顿为代表的光的粒学派比“德国学派”和“丹麦学派”更早地提出了微观力学的各种解释，最早的“量力学”可以追溯到他们和更早期的一些物理学家。“德国学派”和“丹麦学派”对量力学的创立和贡献是等效的、互补的，符合“等效原理”和“互补原理”的诠释，普朗克和爱因斯坦在“能量”和“光量”的解释方面做得更多一些，而波尔和海森堡在“测不准”和“几率波”的解释方面做得更好一些。本作者发现，之所以在科学史的教科书上出现了“德国学派”的唯一解释，是因为开尔文勋爵在1900年那次著名的演讲中忽视了一个基本的事实，开尔文认为经典物理趋于完美，只剩下“以太”和“黑体辐射”两个难题，而当时经典物理学的最大难题应当是如何统一对光的粒性和波动性的解释，“德国学派”和“丹麦学派”对这一“基本问题”的解释共同导致了“量力学”、或微观力学的创立和发展。

  （邓如山2017-4-26邮箱：deepmind_123@163.）

  （“plementaryprinciple”thebirthofquantummeics）

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