量子力學的基本假定的解讀

梁丹迎

（沈陽師范大學物理科學與技術學院，遼寧 沈陽110034）

0 前言

量子力學是物理研究領域較為高深的理論內容，也是長久以來物理專家學者極力探索的科學研究項目。從整體來看，量子力學的理論框架是由五個基本假定所構成，其內涵較為豐富。

1 量子力學的五個基本假定概述

有關量子力學基本假定的內容，獲得了世界范圍內物理學專家和學者的普遍關注和認可，這一知識理論體系在諸多研究領域的應用較為頻繁，因其是一項物理學領域當中的基本假定。但是，任何一個繁雜深奧的學問背后的原理都是可以通過通俗易懂的方式來進行解讀地，從而讓更多的普通人領悟到科學知識的妙趣所在。以下內容便是有關量子力學五個基本假定的主體內容：

1.1 量子力學基本假定之一

圍觀體系的運動狀態由相應的歸一化波函數描述，波函數是假定一中的關鍵點。

1.2 量子力學基本假定之二

圍觀體系的運動狀態波函數隨著實踐的變化規律遵循薛定諤方程。

1.3 量子力學基本假定之三

力學量由相應的線性算符來表示（這部分內容與假定二聯系起來理解）。

1.4 量子力學基本假定之四

力學量算符之間有相確定的對易關系，則稱其為量子條件；坐標算符的三個直角坐標系分量與動量算符的三個直角坐標系分量之間的對易關系稱為基本量子條件；力學量算符由其相應的量子條件來確定。

1.5 量子力學基本假定之五

全同的多粒子體系的波函數對于任意一對粒子交換而言具有對稱性，即波色子系的波函數是對稱的，費米子系的波函數是反對稱的。這是五個基本假定理論中最為復雜的假定內容。

2 運用麻將骰子模型來解讀量子力學的五個基本假定

從以往研究量子力學的相關資料中可以查閱得到，可以采用麻將骰子模型來具體解讀量子力學的五個基本假定，令量子力學這一高深難懂的理論學問變得易于理解。實際上，無論是多高深莫測的科學理論，大多可以通過人們熟悉的事物來進行描述，進而讓人們領略到科學理論其中的復雜內涵。因此，在研究量子力學理論的過程中，提出一種麻將骰子模型，并且利用該模型的架構將量子力學的五個基本假定分別進行解讀。實踐研究證明，采取的這種麻將骰子模型的形式來解讀量子力學這門高深的物理學理論極為可行。

2.1 解讀假定一

從上文中敘述的內容可知，量子力學的基本假定之一的內容是有關波函數的內容，通過研究波函數理論可知，波函數可以得出體系的所有性質，且波函數通常可以滿足連續性、有限性與單值性條件。因此，量子力學的基本假定之一又被稱之為“波函數公設”。通常人們在研究這部分內容時要對相關的物理學概念進行聯系，此部分的內容涉及到最基本的物理學概念——牛頓力學理論，該理論所描述的是一個物體無論處于哪種運動狀態，通常可以通過勢能的概念及相關參數來進行呈現，將該物體在運動過程中的動能用具體的公式表示出來。

2.2 解讀假設二

對于非物理專業的人來講，量子力學的五個假定內容當中，第二條假定是最難理解的假定之一，因其中涉及到薛定諤方程的相關理論，同樣，假定二又被稱為“算符公設”，相對而言，這部分內容涉及到較多的計算內容，有關坐標和動量及它們的算符的變化規律是假定二的關鍵點。因此，麻將骰子模型的構建與通俗解讀方式極為關鍵。很多人都熟悉，麻將骰子是一個標準的正方體，上面標有從1-6的數點。在每次投擲骰子時，僅有一面是朝上的，結果是唯一的，這便是我們計數的依據。實際上，如若將麻將骰子的這種投擲形式比作量子力學領域中的一個微觀體系，具體來說，就是文中所提到的五個基本假定，麻將骰子的六個狀態與假定的微觀體系相對應，則可能出現某個點數狀態的概率為六分之一，沿著這樣的思路來理解，盡管麻將骰子的面數與量子力學的基本假定數目不相等，亦可以將麻將骰子的六個面擴展成為N面體，從而將量子力學的微觀體系下的波函數以公式的形式表示出來[1]。這樣一來，關于量子力學基本假定二的所有問題就迎刃而解了，主要在于兩個關鍵點的解讀，其一是算符的選擇，即選用厄米算符來標識波函數的規律及呈現函數系較為直觀；其二是引入物理學領域中的力學量的概念來進行解讀，這就令復雜的問題變得較為簡易，因力學量的理論知識體系與量子力學的概念和基本假定之間有著一定的聯系性。只有把握好以上兩部分內容的解讀，便可以將量子力學基本假定二的這部分內容理解透徹。

2.3 解讀假定三

假定三的內容是有關測量公設的理論研究內容，是屬于將所測的平均值融入到力學量數值計算范疇之中，進而得出有關數值歸一的結論。起初，有關量子力學假定三的描述和解讀較為繁雜，但如若以麻將骰子模型的角度來看其中的奧秘，則要淺顯得多。通常情況下，在理解假定三時，要將其與假定二的內容結合起來進行解讀，

2.4 解讀假定四

通過解讀以上三個基本假定后，并結合著麻將骰子理論來分析量子力學的基本假定，進而來解讀假定四就更為容易。從假定四的內容來看，其中隱藏的是物理學領域的能量轉化理論與能量守恒定理的內容。因此，又可以稱其為微觀體系動力演化公設。

2.5 解讀假定五

作為量子力學基本假定范疇中的最后一個假定內容，它的內容是最為豐富且復雜，因其涉及到以上部分假定內容，如若結合起來進行解讀，則更有益于加深理解量子力學的假定學說內容。全同粒子在原則上總是可以分辨和追蹤的，但兩個粒子在原則上就是不可以分辯和不可追蹤的，即使設想在某個時刻對兩個相鄰的全同粒子分別予以定位和鑒別，但它的坐標也不再具有定值[2]。

從整體來看，這部分內容較為抽象。通常情況下，人們只能夠看到麻將骰子的其它五個面，因為有一面是朝下放置，但我們不能夠說麻將骰子本身就是五個面的，這是不科學的說法。量子力學的基本假定告訴我們，由于一個偶然的機會，讓我們知道了麻將骰子存在第六個面，而量子力學基本假定體系中所蘊藏的道理便在其中。

實際上，不同的研究領域對于量子力學五個假定內容的解讀不盡相同，甚至有的人引用量子力學中的理論來解釋“自由意志”，這便使理論研究的價值得到進一步的提升，同樣，對于量子力學五個假定的解讀也會對其它相關領域提供一些有益的借鑒。總而言之，通過以建立骰子模型的形式來解讀量子力學范疇的五個基本假定，不僅可以讓人們從另一個角度來理解枯燥難懂的科學理論知識，將專業極強的學問轉變為人們熟悉的事物以及道理，便于更多人去理解人類智慧的結晶，而且可以將量子力學理論變得妙趣橫生，給人以啟示。

3 結束語

有關量子力學的基本假定的研究價值極高，本文通過分析量子力學的五個基本假定，了解到量子力學理論的豐富內涵，可為相關項目的科研提供有力的理論支撐。

［1］賀天平，衛江.經驗與理性:在量子詮釋中的嬗變——關于《量子力學多世界解釋的哲學審視》的進一步闡釋[J].科學技術哲學研究，2012，01（01）：25-26.

［2］陳鳳翔，汪禮勝，譚改娟，許文英.量子力學虛擬實驗的MATLAB演示[J].大學物理，2012，05（05）：58-60.