物理世界中的相互作用效應(3 / 3)

這些結果又激勵了其他思想實驗,其中包括著名的“薛定諤貓”實驗。E·薛定諤提出,我們可以把一隻貓放在一個封閉的容器裏,然後把一個裝置放在容器中,該裝置完全隨機地釋放或不釋放毒氣。這樣,當打開容器時,貓或者是死的,或者是活的。常識告訴我們,若裝置釋放了毒氣,那麼貓就已經死了;如果沒有釋放毒氣,那麼貓仍活著,所以在打開容器前貓不是死的就是活的。但是事件的這種狀態是被量子理論禁止的,隻要容器封閉著,就存在狀態的幾率疊加棗貓必定是既死又活的狀態,隻有當容器打開後,兩種幾率才崩坍為一種。

德布羅意提出了一個類似的思想實驗,這次不是把一隻貓,而是把一個電子放進封閉的容器。我們把在巴黎的這個容器一分為二,一半用船裝到東京,另一半裝到紐約。常識告訴我們,如果打開紐約的這一半容器並發現了電子,那麼電子在容器從巴黎出發的時候就必定在裏麵了。但是事件的這種狀態,就好象薛定諤的貓難以判定其是死是活一樣,也是被量子理論所禁止的,每一半容器都必定有電子隱藏的非零幾率。因此,當在紐約的那一半容器一打開的時候(無論該容器裏是否有電子存在),在東京限定電子存在幾率的波包也就被約化了。

在空間上相互分離的粒子能夠相互告知其各自狀態這一點構成了量子非局域現象,物理學家們對之提出了不同的解釋。很明顯,它們之間的相互關聯或者是由於同處於一個包含兩個粒子的共同坐標係中,或者是由於其他的效應,如時間的可逆(因此被觀察的粒子能夠把它正在被測量的信息通知它似乎不分離的孿生粒子)。後一種選擇被H·普朗士(HuwPrice)曲解了,他聲稱,影響粒子先前狀態的是實驗者對粒子狀態的幹預。這提供了對該現象的實在論解釋,但代價是假設在物理世界中存在倒因果關係。

另一種假設(即同一坐標係中包含兩個粒子)要求在物理學宇宙中對共同粒子係統進行詳細說明和證明,量子真空相互作用方案的意圖正在於此。它的粒子共同係統是由包含粒子和量子真空之間的雙向轉換的相互作用過程構成的,在這裏對量子狀態的選擇不是隨機的(象在標準的量子理論解釋中那樣),但是它通過以真空為基礎的具有同時幹涉能力的波轉換與宇宙其餘部分相聯係。

該方案也能闡明原子殼層中電子之間的非動力學相互關係。在解釋基於泡利不相容原理(它說明了繞核旋轉的電子不可能有兩個同處於四個量子數都相同的狀態)的物理事件時,我們可以越過經常聽到的老生常談棗在這裏每個電子似乎在某種程度上“知道”其他電子的量子態。相反我們可以主張,在原子殼層中電子由信號傳輸場相互聯係,在原子組態空間內單個量子的波函數與總體的波函數之間有準瞬時信息傳遞棗這一信息使在其他情況下非決定論的量子態的幾率偏向於同總體中每個電子的位置相對應的那一組量子數。

類似的解釋也能說明出現在高度受激的電子殼層(即所謂的裏德伯原子)中的令人驚奇的有序現象,這種現象在氫原子中看得最明顯。在正常情況下,氫原子中的唯一的電子與原子核中的質子緊緊地束縛在一起,整個係統的行為遵循量子力學規律:原子不能進入任何任意能態,它隻能處在離散的,即量子化的能級。在低能量時,允許的能級分布得相當寬。但隨著原子能量的提高,電子運動就越來越遠離質子,其允許的能級也就越靠近。當能量恰好處於電子能逃離原子的臨界閾限值時,允許的能帶就會靠得足夠近,從而形成了可以用經典力學規律描述的連續態。

然而,裏德伯原子顯示出了一種奇妙的混沌行為,描述它需要把正常情況下由6維(3維描述位置,3維描述動量)來描述電子的相空間進行縮減。因為原子中的磁場限定了對稱軸:電子隻相當於在與沿軸方向的距離相關的二維平麵內運動,沒有繞軸的運動,所以很容易減去二維。在這剩下的四維相空間中,可以取稱之為能量殼層的3維薄層,這就允許建立一個電子運動的3維模型。複雜的3維相空間模型還可以通過取穿過能量殼層的所謂彭加勒截麵(固定的二維平麵)作進一步簡化,這樣就得到了二維表象,它由電子的軌道與該平麵表麵相交的點構成。

正是在這一表象中裏德伯原子行為的奇異特征變得很明顯。現在我們搞清楚了,與其他混沌係統一樣,裏德伯原子不能分解為單個組分的運動棗沿一坐標軸的運動與沿其他所有方向的運動緊密相聯。而且,能級的分布也在經曆變化。與在原子基本狀態中能級隨機分布互不相關不同,裏德伯原子的能級是非隨機分布的,而且緊密相關。持續的激勵推動原子所達到的連續能級突然分裂:能帶變得既高度分離又相互聯結,盡管在原子中並不存在能解釋通過能帶顯示出的新發現的有序或它們與之緊密聯係的動力學意義上的力。有意義的解釋必須首先要涉及大尺度彭加勒係統中的以真空為基礎的恒定相互作用。在磁感應而導致的混沌態下相互作用效應變得很明顯,因為原子比在基態時更敏感。結果,其態函數就顯示出同調性,這種同調性我們可以期望在標量介質真空零點場中的相鄰的孤立子上顯示出來。

對於超導性和超流動性中的同調現象也可作與此相關的解釋。超導體中電阻的消失被認為是由於其運動產生電流的電子(對所有電子薛定諤波函數具有相同的形式)具有高度的同調性。在超低溫時,常溫下的那種由於晶格中原子的振動所產生的擾動被消除,因而恢複了同調性,所以電流就可以無阻礙地通過導體。這一現象同樣可以看作是充滿信息的真空譜中電子嵌入的一種效應,在那種場中磁導率/電容率如達到某種程度(這由量子傳播的有限速度獨立地給出),那麼互相接近的帶電粒子就會互相吸附,在不存在熱幹擾的情況下,它們就象連續基本介質中的類孤立子波那樣同調運動。

約瑟夫森效應(相互間保持有限距離的超導體相互關聯)也關係到連續基本場。按照D·傑迪斯(DelGiu-dice)等人的觀點,關聯效應不僅僅在超導性這種特殊情況下可以得到,在存在物質實體的相鄰係統的任何地方,無論它們是原子、分子還是其他粒子,在它們中都會出現瞬時關聯。一對緊挨著的細胞能象約瑟夫森結那樣進行相互作用,一組全同細胞能產生這種結的整體排列而把細胞都閉鎖在這一狀態上。因為細胞的同調性又在細胞集中產生同調作用,所以我們就獲得了一種保證生命係統進行整體整合的主要因素。在這一點上,具有真空譜全息子結構的微觀和客觀尺度係統的相互作用是既作為物理學又作為生物學世界中的最重要的過程出現的。

持久的研究也許可以顯示出把普朗克領域內可觀察到的現象歸於量子與量子真空波譜場相互作用而取得的豐碩成果。在這種相互作用方麵,量子態的同調性並不是特設的,而且導致波函數崩坍的狀態在自然界中也不是任意的。

這裏描述的量子真空相互作用非常具體而有新意,而它的哲學基礎與物理學前沿研究中的廣泛意見是一致的。我們尤其同意玻姆的觀點棗通過考慮起源於量子真空的微妙效應來完善量子理論,在計算物理效應時我們同意用隨機電動力學來消除真空漲落。這一概念的基本哲學與惠勒的格言一致:“真空物理學處於每一件事的核心。”