量子力学的基本假定的解读

梁丹迎

（沈阳师范大学物理科学与技术学院，辽宁 沈阳110034）

0 前言

量子力学是物理研究领域较为高深的理论内容，也是长久以来物理专家学者极力探索的科学研究项目。从整体来看，量子力学的理论框架是由五个基本假定所构成，其内涵较为丰富。

1 量子力学的五个基本假定概述

有关量子力学基本假定的内容，获得了世界范围内物理学专家和学者的普遍关注和认可，这一知识理论体系在诸多研究领域的应用较为频繁，因其是一项物理学领域当中的基本假定。但是，任何一个繁杂深奥的学问背后的原理都是可以通过通俗易懂的方式来进行解读地，从而让更多的普通人领悟到科学知识的妙趣所在。以下内容便是有关量子力学五个基本假定的主体内容：

1.1 量子力学基本假定之一

围观体系的运动状态由相应的归一化波函数描述，波函数是假定一中的关键点。

1.2 量子力学基本假定之二

围观体系的运动状态波函数随着实践的变化规律遵循薛定谔方程。

1.3 量子力学基本假定之三

力学量由相应的线性算符来表示（这部分内容与假定二联系起来理解）。

1.4 量子力学基本假定之四

力学量算符之间有相确定的对易关系，则称其为量子条件；坐标算符的三个直角坐标系分量与动量算符的三个直角坐标系分量之间的对易关系称为基本量子条件；力学量算符由其相应的量子条件来确定。

1.5 量子力学基本假定之五

全同的多粒子体系的波函数对于任意一对粒子交换而言具有对称性，即波色子系的波函数是对称的，费米子系的波函数是反对称的。这是五个基本假定理论中最为复杂的假定内容。

2 运用麻将骰子模型来解读量子力学的五个基本假定

从以往研究量子力学的相关资料中可以查阅得到，可以采用麻将骰子模型来具体解读量子力学的五个基本假定，令量子力学这一高深难懂的理论学问变得易于理解。实际上，无论是多高深莫测的科学理论，大多可以通过人们熟悉的事物来进行描述，进而让人们领略到科学理论其中的复杂内涵。因此，在研究量子力学理论的过程中，提出一种麻将骰子模型，并且利用该模型的架构将量子力学的五个基本假定分别进行解读。实践研究证明，采取的这种麻将骰子模型的形式来解读量子力学这门高深的物理学理论极为可行。

2.1 解读假定一

从上文中叙述的内容可知，量子力学的基本假定之一的内容是有关波函数的内容，通过研究波函数理论可知，波函数可以得出体系的所有性质，且波函数通常可以满足连续性、有限性与单值性条件。因此，量子力学的基本假定之一又被称之为“波函数公设”。通常人们在研究这部分内容时要对相关的物理学概念进行联系，此部分的内容涉及到最基本的物理学概念——牛顿力学理论，该理论所描述的是一个物体无论处于哪种运动状态，通常可以通过势能的概念及相关参数来进行呈现，将该物体在运动过程中的动能用具体的公式表示出来。

2.2 解读假设二

对于非物理专业的人来讲，量子力学的五个假定内容当中，第二条假定是最难理解的假定之一，因其中涉及到薛定谔方程的相关理论，同样，假定二又被称为“算符公设”，相对而言，这部分内容涉及到较多的计算内容，有关坐标和动量及它们的算符的变化规律是假定二的关键点。因此，麻将骰子模型的构建与通俗解读方式极为关键。很多人都熟悉，麻将骰子是一个标准的正方体，上面标有从1-6的数点。在每次投掷骰子时，仅有一面是朝上的，结果是唯一的，这便是我们计数的依据。实际上，如若将麻将骰子的这种投掷形式比作量子力学领域中的一个微观体系，具体来说，就是文中所提到的五个基本假定，麻将骰子的六个状态与假定的微观体系相对应，则可能出现某个点数状态的概率为六分之一，沿着这样的思路来理解，尽管麻将骰子的面数与量子力学的基本假定数目不相等，亦可以将麻将骰子的六个面扩展成为N面体，从而将量子力学的微观体系下的波函数以公式的形式表示出来[1]。这样一来，关于量子力学基本假定二的所有问题就迎刃而解了，主要在于两个关键点的解读，其一是算符的选择，即选用厄米算符来标识波函数的规律及呈现函数系较为直观；其二是引入物理学领域中的力学量的概念来进行解读，这就令复杂的问题变得较为简易，因力学量的理论知识体系与量子力学的概念和基本假定之间有着一定的联系性。只有把握好以上两部分内容的解读，便可以将量子力学基本假定二的这部分内容理解透彻。

2.3 解读假定三

假定三的内容是有关测量公设的理论研究内容，是属于将所测的平均值融入到力学量数值计算范畴之中，进而得出有关数值归一的结论。起初，有关量子力学假定三的描述和解读较为繁杂，但如若以麻将骰子模型的角度来看其中的奥秘，则要浅显得多。通常情况下，在理解假定三时，要将其与假定二的内容结合起来进行解读，

2.4 解读假定四

通过解读以上三个基本假定后，并结合着麻将骰子理论来分析量子力学的基本假定，进而来解读假定四就更为容易。从假定四的内容来看，其中隐藏的是物理学领域的能量转化理论与能量守恒定理的内容。因此，又可以称其为微观体系动力演化公设。

2.5 解读假定五

作为量子力学基本假定范畴中的最后一个假定内容，它的内容是最为丰富且复杂，因其涉及到以上部分假定内容，如若结合起来进行解读，则更有益于加深理解量子力学的假定学说内容。全同粒子在原则上总是可以分辨和追踪的，但两个粒子在原则上就是不可以分辩和不可追踪的，即使设想在某个时刻对两个相邻的全同粒子分别予以定位和鉴别，但它的坐标也不再具有定值[2]。

从整体来看，这部分内容较为抽象。通常情况下，人们只能够看到麻将骰子的其它五个面，因为有一面是朝下放置，但我们不能够说麻将骰子本身就是五个面的，这是不科学的说法。量子力学的基本假定告诉我们，由于一个偶然的机会，让我们知道了麻将骰子存在第六个面，而量子力学基本假定体系中所蕴藏的道理便在其中。

实际上，不同的研究领域对于量子力学五个假定内容的解读不尽相同，甚至有的人引用量子力学中的理论来解释“自由意志”，这便使理论研究的价值得到进一步的提升，同样，对于量子力学五个假定的解读也会对其它相关领域提供一些有益的借鉴。总而言之，通过以建立骰子模型的形式来解读量子力学范畴的五个基本假定，不仅可以让人们从另一个角度来理解枯燥难懂的科学理论知识，将专业极强的学问转变为人们熟悉的事物以及道理，便于更多人去理解人类智慧的结晶，而且可以将量子力学理论变得妙趣横生，给人以启示。

3 结束语

有关量子力学的基本假定的研究价值极高，本文通过分析量子力学的五个基本假定，了解到量子力学理论的丰富内涵，可为相关项目的科研提供有力的理论支撑。

［1］贺天平，卫江.经验与理性:在量子诠释中的嬗变——关于《量子力学多世界解释的哲学审视》的进一步阐释[J].科学技术哲学研究，2012，01（01）：25-26.

［2］陈凤翔，汪礼胜，谭改娟，许文英.量子力学虚拟实验的MATLAB演示[J].大学物理，2012，05（05）：58-60.