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王欣律師

含有自旋磁矩量的新薛定谔方程诞生了

2020年10月30日   維加斯新聞報
司今

    我们知道,普朗克的能量子公式ε=hγ是从热力学统计中提出的一种假设,爱因斯坦借用之解释光电效应,而德布罗意将它运用到他的“相波”(物质波)理论中,并由此提出p=h/λ;后来薛定谔将p=h/λ引用到机械波方程y(x,t)=Acos2π(γt-x/λ)中,于是得出了大名鼎鼎的薛定谔波函数方程,即Ψ(x,t)=ψ0•e^-i2π/h•(Et-px);从ε=hγ的引用与物理意义的变迁过程可以看出,不论是爱因斯坦的光电效应方程hγ=mv²/2-w,还是德布罗意的物质波公式p=h/λ,以及最终的薛定谔波函数方程Ψ(x,t)=ψ0•e^-i2π/h•(Et-px),ε=hγ始终都还是保留了“统计学”的烙印,因此说,量子力学提出的所谓“波粒二象性”的本质应是建立在统计学之上的一种“假设”,故玻恩给出的ψ0代表“几率波”的解释还是按统计学思路展开的。
    但就薛定谔方程而言,从本质上讲,它不是一个标准的定量方程,而是一个反映系统概率特征的统计描述,并且,这个方程不仅缺失了对粒子自旋及自旋磁矩要素,而且更缺失了粒子与缝或中心场之间的力关系要素,也就是说,薛定谔方程,从物理机制上讲并不神秘,关键是我们在研究粒子运动时忽略了空间的磁场性和粒子自身的自旋、自旋磁矩性,因此说经典的薛定谔方程存在巨大的改进和提升空间。
    后来,虽然狄拉克通过引入爱因斯坦狭义相对论理论,改造了经典的薛定谔方程,并隐约地给出了一个电子“自旋”存在的“背影”,但这个方程还是没有真正地展现出粒子自旋磁矩及力的要素来。
    量子力学之所以与经典牛顿力学存在巨大的鸿沟,主要原因是支撑量子力学的薛定谔方程中缺失了自旋与自旋磁矩要素,故不能用力概念来予以描述;要想将薛定谔方程改造成包含牛顿的力要素,就必须引入自旋磁矩及空间磁场这二个关键要素,这样它才能够真正触摸到“牛顿的苹果”——力!
    我们知道,牛顿力要素体现的是速度随时间的变化率,即F=mdv/dt,但在经典的薛定谔方程和狄拉克方程中却都没有描述粒子运动速度随时间的变化率问题,他们在方程中引入的动量和动能也在守恒方面常存在不自洽性,其根本原因就在于这二个方程都是建立在粒子角动量守恒基础之上的,即速度是变化量,动量、动能可能守恒,也可能不守恒,但建立在动、势能概念之上的总能量还是守恒的。
    也许正是因为薛定谔方程缺失了对自旋及其磁矩的描述,故用经典力学或经典电磁学很难理解到它的精髓所在;但当我们站在自旋及其自旋磁矩角度去重新审视这个方程时,就会发现:这个方程所描述的粒子运动的本质就是带有自旋磁矩的粒子在通过磁场空间时会做螺旋运动,螺旋运动的侧投影正是正弦或余弦波波的形式。
    当我们再将电子在磁场中所作的洛伦兹与其在磁场所受的磁矩梯度力相结合,就会得出带有自旋磁矩和空间磁场梯度参量的新的薛定谔方程形式,这个新薛定谔方程不但能够从粒子角度很好地解释粒子干涉与衍射问题,而且还可以找出粒子通过窄缝到达衍射屏时所产生的几率分布的来源;同时,新薛定谔方程不但丰富了经典电磁学,也将能够打开量子力学“玄奥”之门,为量子力学的经典解读开启了一扇窗,也为自旋电子学探索开辟了一条新途。
    因此,从这个意义上来讲,粒子通过窄缝或小孔运动的真实轨迹应是一种螺旋运动,这种运动的二维投影就是波,故其数学描述形式可以用经典薛定谔方程作约化描述。
    而对粒子运动轨迹的三维螺旋的数学描述,我们可以在“欧拉公式”的数学基础构架上予以拓展,即在“欧拉公式”的拓展中引入自旋、自旋磁矩等要素,为此,我目前所做的正是这方面工作。
    我推理出的新薛定谔方程就是运用了粒子自旋磁矩性与空间磁场性结合,按照牛顿力学、经典波动方程及经典电磁学原理直接推理出来的,因此,与经典力学带有连贯性。
    现在我已从物理机制角度找出了薛定谔方程所描述的物理本质,并找出了粒子“几率性”演化的物理原因和过程,从粒子运动轨迹的三维空间角度改造了薛定谔方程,使它具有更大的普适性和应用性,即新的薛定谔方程不但可以定量描述出微观粒子运动,还可以定量描述太阳系中行星绕太阳的运动规律。

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