物理学界的这个新发现可以否定“电子云模型”吗?

骰子课程 2024-03-12 18:47:25

物理学界的这个新发现可以否定“电子云模型”吗?

司今(jiewaimuyu@126.com)

据新华社北京2019年6月6日新媒体专电 :《科学家发现“量子跃迁”有预警信号:薛定谔的猫“有救了”》。

文中所说的研究内容是指6月3日在《自然》杂志上发表耶鲁大学的最新研究文章:《To catch and reverse a quantum jumpmid-flight》,中文意思是《捕捉并逆转飞行中的量子跃迁》一文,科学家对此研究发现的解读是这项研究能够计算出某个时间量子跃迁发生的概率,从而预测“薛定谔的猫”的命运。

其实,仔细阅读原文可以发现,这项研究只是说明:

一度被认为瞬间完成、不可预测的量子跃迁拥有预警信号,也就是说,量子跳跃并非瞬间完成,只是非常快罢了。而且,事实上它更像是滑动,而非跳跃。不仅如此,你还可以从一些迹象中得知量子跃迁即将发生,尽管从广义上说它仍是不可预测的。

当量子跃迁之前,也就是一个粒子从这一轨道跃迁到另一个轨道,发现有一个微小的光子消失现象,这个在之前人们一直没有注意到,这次人们发现了这个现象,于是我们可以根据这个现象来预测粒子是不是要发生跃迁了。

这项研究还表明,“量子跃迁”并非博尔所说的不同能量级之间非常突然的跳跃,而是逐步过渡,更像是一种滑动。

如果耶鲁大学科学家们的此发现是真的,那么,这个实验发现就不是薛定谔的猫有救了这么简单,因为这种跃迁是在“量子轨道”上发生的,且在放出一个光子的同时,跃迁轨道变化更像一种“滑动”,这说明量子轨道跃迁是一种连续运动现象,而不是一种随机现象,而且跃迁轨道变迁有点像“霍曼转移轨道”过程。

“人造卫星”变轨,从一个稳定轨道转入另一个稳定轨道时,其中间的运动是连续的,且要释放能量(本质就是质量减少,即释放质量),这种变轨过程中释放能量的现象就与本次实验看到的量子跃迁过程中要释放光子的原理一样。

此实验还表明,电子核外运动是有轨迹的连续运动,并不是现代量子力学所描述的“电子云”形式的运动,电子云只能表示电子在某以时刻可能在核外空间出现的几率,并不是对某一连续时间段电子在核外运动的描述。

我们知道,现代量子力学将薛定谔一维波函数Ψ(x,t)=ψ0·e^[-2πi(Et-px]/h,采用数学上的“分离变量法”将它分成二个函数,即Ψ(t)=e^-2πiEt/h和Ψ(x)=ψ0e^-2πipx/h,而Ψ(x)只是一个只与空间有关而与时间无关的函数,量子力学将它称为波函数,通过二次求导,就可以得出不含时间t的一维空间定态薛定谔方程:d²Ψ(x)/dx²-8π²m(E-Ep)/h²·Ψ(x)=0.

以此不含时的方程求得电子在氢原子核外分布呈现几率性,即称为电子云。

可见,电子云模型描述的不是电子运动,而是电子在核外能的分布状态;当我们再用动能态的薛定谔波函数去建立一个用动能与时间关系的薛定谔方程,我们就可以发现,电子在核外运动是一个连续运动,电子轨道跃迁过程确实是一个连续过程,只是这个跃迁时间非常非常的短,我们以前的科技手段没有办法测量出来,这一次被却被耶鲁大学的科学家们测量出来罢了。

通过这个发现也说明,电子云的描述本质是对薛定谔波函数的一种片面解读,它不仅破坏了薛定谔波函数物理内涵的完整性,更具负面意义的是将微观粒子运动带入到“不可确定性”的深渊。

通过耶鲁大学科学家们的这次发现,但愿微观物理学能够找回“经典”理论的自信,让微观世界早日迈入“可知论”的物理世界。

【附录】:《科学家发现“量子跃迁”有预警信号:薛定谔的猫“有救了”》

新华社北京2019年6月6日新媒体专电 :

英媒称,科学家认为,薛定谔的猫或许并非只有生死两种可能,它还可以从危险边缘被救回。这些科学家说,他们发现了一度被认为瞬间完成、不可预测的量子跃迁拥有预警信号。

据英国《卫报》网站6月3日报道,科学家说,结论是,薛定谔的猫的命运不仅可以在稍早前预测,甚至还可以逆转。

报道称,尽管这只著名的猫科动物只不过是一种思想实验,但它概括了量子理论中一个关键的难题。这个概念讲的是一只猫被放进盒子里,当放射性材料的原子衰变时,盒子里的毒药就会被释放出来。然而,放射性衰变是否发生,也就是这只猫是生是死,只有通过观看盒子内部才能知道。在那之前,这只猫可能在同一时间既是死的、也是活的。

关键在于,根据丹麦物理学家尼尔斯·博尔提出的量子跃迁理论,人们认为这只猫的命运不但不可预测,而且是在窥视盒子内部的那一瞬间才决定的。

不过,今天在《自然》杂志发表文章的科学家相信,这种跳跃并非瞬间完成,只是非常快罢了。而且,事实上它更像是滑动,而非跳跃。不仅如此,你还可以从一些迹象中得知量子跃迁即将发生,尽管从广义上说它仍是不可预测的。

耶鲁大学这项新研究的第一作者兹拉特科·米涅夫博士说:“当你打开盒子时——换句话说,当你开始观察时——通常就是在这个时候(跃迁)看起来非常突然、瞬间完成。”但如果在更短的时间尺度上看,情况似乎截然不同。

换句话说,一旦盒子打开,猫是否瘫倒存在一个过程,有预警信号提示这个过程何时开启。关键在于,这个“跳跃”似乎能够在这一过程中被逆转。这意味着可以把薛定谔的猫从危险边缘救回来。

研究团队说,这项研究还表明,“量子跃迁”并非博尔所说的不同能量级之间非常突然的跳跃,而是逐步过渡,更像是一种滑动。

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