Question

关于量子物理的几个问题

①关于黑体辐射的“紫外灾变”是怎么回事。为什么依靠经典物理学画出的图像是一种类似双曲线的大部分在紫外线区域的图线？
（黑洞就是典型的黑体？）
②“薛定谔猫佯谬”并不真是一个佯谬是什么意思？该如何理解？从经典世界和量子世界的不同入手吗？
③两种说法
A“薛定谔的‘假想实验’清楚地表明，在日常物体的经典世界和非常小物体的量子世界一定存在着一条界限。没有人确切地知道那条界限在那里，也不知道一旦越过那条界限，量子效应又是怎样消失的。”
B“德布罗意说的是必须把任何物体都同时视作既是粒子又是波。日常的物体，比如我们人体，盆栽的植物，我们之所以觉察不到它们的波动性，那是因为它们质量太大（普朗克常数太小）的缘故。”
这是两种可以说相对矛盾的说法，到底那一种正确？或者说，那种理解可能更接近事实？
④“在20世纪90年代的一项实验中，研究人员设法制成一个又原子排列起来的圆环，用它来把电子‘圈禁’在里面，成功地使电子像波那样移动过金属板表面，其情形就如同水波移过池塘水面。”我实在想像不出是怎么移动的，那个原子圈动了吗？
⑤不同元素电子跃迁时光谱不同，主要有哪几方面的影响因素呢？

非常感谢。

Answer 1

①
经典力学有个能量均分原理——每一个波段分得的能量是彼此相同的。限制在一定体积里的辐射会形成驻波，其半波长的整数倍等于所限的尺度，这样，显然，越短波（即频率越高，即偏紫外）的驻波的个数越多，相应分得的能量越多，当波长趋于零时，分得的能量也趋于无穷大。
霍金证明了黑洞的辐射确实是黑体辐射。但黑洞可不能算是典型的黑体！黑体首先应是普通物体——注入的能量越多，它温度越高，辐射越强烈；而黑洞正相反，注入的能量越多，其温度越低，辐射越少——这是相当奇异的！所以说，黑洞连普通物体都算不上，更别提黑体了。

②③
“薛定谔猫佯谬”并不真是一个佯谬的意思就是说它其实并无真正的内在矛盾——它不是自相矛盾的，它是现实的，类似的实验是可以做得出来的，不会是因为逻辑上有矛盾而不可实现。真在逻辑上自相矛盾的命题才称为佯谬，它自然不能实现。
对此问题应该说尚无统一意见，它是将微观的“态叠加”放大到宏观以彰显其奇异。下面是我的个人理解（前些天回答别人的问题时写的），仅供参考——
暂放死活猫，先来看看微观体系的态叠加与矛盾律的关系。比如，一个电子同时既在北京又在伦敦的情形，这在日常经验看来是奇怪而不可能的，但在真实的微观世界里，这却是真的可能的！这与矛盾律矛盾吗？似乎矛盾，因为“同时既在北京又在伦敦”就等同于“既在北京又不在北京”和“既在伦敦又不在伦敦”的结合，而后两者都是违反矛盾律的。但真的矛盾吗？我看关键是矛盾律中指的是“同一对象……”，而那个既在北京又在伦敦的单一电子真的是同一个电子吗？
由量子力学与狭义相对论及场论相结合而发展起来的量子场论认为：真空不空，那是充满了各种场或粒子的基态的热闹非凡的地方。真实的电子是电子场的激发态，电子场的基态则是无数的虚电子（它突然诞生，又很快消失，仪器不能直接探测到它，故称其“虚”）。一个真实的在北京的电子，可以在不确定原理（量子力学的又一核心原理，又称测不准原理）允许的时间内向真空交出自己的能量，从而由激发态返回基态——虚电子的状态；与此同时，远在伦敦的某个虚电子可以向真空借出能量，使自己变成真实的电子。如果这个新诞生的真实电子再及时借助神秘的远超光速的非局域量子效应（这一效应已有实验证实其真实性）“通知”北京的真空不必返还原本那里的那个真实电子交出的能量，那么从表观效果上看，电子似乎瞬间就从北京跳到了伦敦！当然也可能“通知”没发出或没传到，那么，北京的真空就会及时向虚电子还回能量，使得真实电子再次在北京出现；而伦敦的真实电子也及时向真空还回能量而重返虚电子状态。这样就像什么也没发生过一样。
上段所述，事实上涉及两个对象——两地的不断互换中的虚实电子，还涉及这两者间的无限高速的神秘通讯，这已不是矛盾律中限定的同一对象，所以不违反矛盾律。既然貌似有两个电子，为何又称其为一个电子呢？因为神秘通讯确保了一个电子若在北京被探测到，那伦敦那个对应电子就必须处于基态的虚电子状态而不会被伦敦的仪器发现，反之亦然。正是在这个意义上，它俩还真的只是一个实电子！
在保证矛盾律中的每一个概念都有明确意义的前提下，我认为它是放之四海而皆准的。问题就在于，奇异的微观世界里“同一对象”“同一时间”“同一条件”等概念都变得模糊而微妙了，因此再肯定其绝对成立就显得有些底气不足。
回过头来看看猫。关于死活，先多说几句：这两种宏观状态其实分别对应着极多的各个微观状态的不同的组合，而且两者间并无明显的界限。现已公认，心脏停跳不是死亡的标志，脑死才是；而脑死又涉及到多种脑功能的一并丧失。可以设想，这些脑功能不是突然一齐都消失的，很可能最开始是某个神经元或神经突触中的某些分子不能再完成原应有的功能，然后该神经失效，再扩展到更多的神经……总之，生死之间的距离其实是很靠近的，相应的微观状态的不同组合之间的差异也可以是不大的。
猫体内的每个电子、质子等基本粒子都可以处于“虚实频繁互换因而状态也不断变化”的叠加态中。每个粒子的每个状态都可与其他所有粒子的所有状态进行几近无穷的组合。这些微观组态中的一部分对应于死，另一部分对应活；这两大阵营中的绝大部分组态是彼此大不相同的（对应于我们通常对生死大别的认识），而有一小部分则是差别不大的（对应于刚刚要死的状态）。猫的生死叠加态其实是无数微观组态间的叠加态。这真的是可能的吗？
有相当一部分人认为这是不可能的。因为所谓的观测无非就是观测仪器与研究对象在一定程度上的相互作用而已，而这种相互作用会使叠加态坍缩到某个本征态；猫体内众多粒子间不缺乏相互作用，而这种相互作用“积聚”到某种程度后也就相当于某种观测，从而使猫自动地从“死活”态中坍缩出来。至于要积聚到何种程度以及如何积聚尚不得而知，但我比较倾向于这种观点。

④
参阅下文，主要是第五节——http://hi.baidu.com/shaoyx/blog/item/f37d654c4e0d78ffd72afcea.html

⑤不同元素电子跃迁时光谱不同，主要有哪几方面的影响因素呢？
光谱不同最主要的是各元素的原子结构不同，其它的影响因素有：温度、电场、磁场、引力场、多普勒频移、原子核的自旋、真空极化。

Answer 2

你的问题很好。对于3，我可以肯定的告诉你，后者是正确的。
别的问题虽然我也有些见解，可是你的问题太大了，哪里是几百字就能说清楚的。我建议你通过自己思考，写上些你的理解，并提问更具体的理解困难。否则很少人会愿意用几百字回答一个说不清的问题。