量子化把‘粒子’变成‘波’

    （物质波等概念也要‘名正言顺’（3））

 

    物理学在上世纪20年代建立了量子力学后，接着又在30年代开始建立量子场论。现在，量子力学和量子场论都是已得到许多实验事实验证过的完善理论，并且在科技上有很多方面的应用。

    把经典理论（即非量子理论，如牛顿力学理论、狭义和广义相对论力学理论等）转变为量子理论的过程叫‘量子化’。例如，量子力学可视为把牛顿力学理论量子化的产物，量子场论可视为把狭义相对论力学理论量子化的产物；而量子引力理论则应是把广义相对论力学理论量子化的产物，可是由于出现很多困难，量子引力理论尚未建成。

    ‘量子化’有很丰富的内容，由于要涉及到很多量子力学和量子场论的知识，本文不可能全面介绍，故只讨论‘量子化’的下述两点表现：

1、‘量子化’可使物质粒子出现‘波性’（实为‘场性’）。

2、‘量子化’使物理量（如动量、能量、电磁势等等）变为‘算符’。

这两条表现都需要解释，先看第2条。

    牛顿力学理论、狭义相对论力学理论都是以讨论质点力学为基础。在牛顿力学理论中，

现在来说明上述第1条‘量子化’的表现。实验事实告诉我们，微观粒子存在干涉现象，宛如波的干涉一样，这意味着‘量子化’可使物质粒子出现‘波性’，它实为

式（4）是薛定谔波动方程，它是把牛顿力学量子化的产物，式（5）是克莱因-高登波动方程，它是把狭义相对论力学量子化的产物。式（4,5）都是场方程，它们反映了‘量子化’可使物质粒子出现‘波性’。这里要注意，式（1,2）的关系只适用于质点，因之式（4,5）的关系也能只适用于质点。

    为什么‘量子化’可使物质粒子出现‘波性’？为什么‘量子化’会使物理量变为‘算符’？这是初学量子力学时常会出现的问题，也是人们常常争论的问题；在后续博文中我们将进行讨论。

 

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