当仅打开狭缝1或2时,屏C上光点密度沿垂直于狭缝方向z的分布分别如曲线
和
所示,曲线
和
是同样的,关于z的零点是对称的,分别显示了狭缝1和2的单缝衍射效应。
或
所表示的光点密度显然应正比于单个电子落到z点的概率密度。设
和
分别是单开缝1或缝2时,电子到达屏C,在z方向上的概率幅,n为穿过缝1或缝2的电子总数。我们有
,
。 (2.1.5)
当同时打开狭缝1和2时,总的概率幅是
和
的迭加,
。
(2.1.6)
因此,屏
z方向上的光点密度
,而是
(2.1.7)
式中
是归一化因子。由(3)可知, 在
和
交迭区域,应出现干涉条纹,实验结果与此完全一致。由(2.1.7)可知,
在这一新理论中,叠加原理应成立,概率相加应代替为概率幅相加。
概率波确实是一个奇妙的﹑很难理解的﹑深奥而重要的概念。这种解释意味着德布洛意波存在着,有其干涉和衍射,但它却不是任何可测物理量的波动,它不是什么物质波。
玻恩解释提出之后,并非所有物理学家都接受这一见解的。以玻尔、海森堡、玻恩为代表的所谓正统学派和以爱因斯坦、德布洛意、薛定锷为代表的所谓正统学派发生了激烈的论战。爱因斯坦坚信上帝会不会掷骰子(1,2)的,认为量子力学是不完备的。而正统学派坚信量子力学是完备的,对物质波的概率解释是最终的解释。这场论战影响深远,意义重大。认真读一遍量子力学史将深受教益。玻姆(Bohm)
提出了决定论式的隐变数理论。这一理论给出了和量子力学相同的预言但不带来任何新的结果。德布洛意提出了双重解理论(非线性波动力学,L.
德布洛意著,谢章译,上海科学技术出版社,第77页)。该理论认为,量子力学方程允许两类解。其一与量子力学相似,是有统计意义的连续解
。其二是有奇点的﹑相应于隐变数的解
,
满足新引入的非线性方程。由于涉及到非线性方程,该理论存在很多难以克服的困难,特别是对于多粒子体系。20世纪50-80年代先后提出了几十种隐变数理论。作为一种新理论,它必须能得到原理论——量子力学的结果,因为量子力学有雄厚的实验基础,又要有新的可验证的预言。在众多的隐变数理论中,能给出新预言的很少,只有决定论的定域的隐变数理论做到了这一点。按它的预言,贝尔不等式成立。但近十多年来的绝大部分实验结果表明,贝尔不等式不成立,量子力学的预言是对的。
这些结果说明什么呢?这些结果说明了:
1.
量子力学的实验基础是坚实可靠的。
2.
波函数完全确定了体系的状态,体系的状态不依赖于潜在可测的力学变量。
一个物理体系的状态显然要由这一体系可测的物理量决定。而波函数完全确定了体系的状态,因此体系的波函数也必须完全由这一体系可测的物理量决定。此即后面将讲到的,力学量完全集完全确定了体系的状态波函数。这样,当由于相互作用体系力学量发生变化时,体系的状态波函数必须立即随之发生变化。例如,当氢原子基态电子由于吸收光子而跃迁到一个激发态时,相应的基态波函数也必须立即跃迁到这个激发态波函数。可见,由于体系具有粒子性,即整体性,体系的状态波函数也必须具有整体性,即,体系的状态决定于波函数的整体,而不是它的一部分,体系的波函数整体参与作用,整体被产生﹑被吸收(或说是转化)。反之,也可以说,体系的状态波函数由于相互作用发生了变化,确定体系状态的力学量随之立即发生变化,不能分辨孰先孰后。粒子与伴随它的波函数是一个统一的整体,这一整体既有波动性,又有粒子性。波函数的整体性对于理解量子力学的测量理论和纠缠态(见后)等诸多问题是必要的。例如,如果一个体系由1和2两部分组成,体系的力学量
有唯一的确定值
,1和2每部分都可以处于
或
态,那么当测得部分1得力学量为
时,我们能知道部分2立即处于了力学量为
的态,此后,部分2便由
态开始演化。同样,当测得部分1得力学量为
时,我们便能知道部分2立即处于了力学量为
的态。