存在相对论

  常新1 

 

摘要:本文提出了相对于观察者考察一切事物的观点,提出了相对于观察者的存在世界的概念,以及存在世界的分离与合并、合并的相互认证等概念及相互认证的原则。解释了波函数的塌缩的机制及薛定谔方程的意义。引入信息量概念,定义了相对于观察者的量化的存在度。并用此观点考察了量子力学的波-粒二相性和不确定性原理,给出了新的信息式的表达并量化。本文的观点包含了爱因斯坦相对论相对于观察者考察事物的基本观点,并将其扩大到考察一切事物。并可以用此观点来解释量子力学的实验。解释了宏观-微观的存在差异。力促物理学向研究信息进军,创建信息物理学。其他观点将另文阐述。

 

关键词:存在、相对论、确定性、薛定谔方程、波函数、量子力学、信息、宏观-微观

我们很难把主观和客观绝对地分开,主体和客体是一个整体,不可分割。当我们说存在时,先从相对于某一个观察者的存在开始。不同的观察者可能有不同的存在。对每一个观察者来说,他的所有存在(有信息影响到他的事物)构成他的存在世界。两个不同的存在世界对同一事物有不同的存在理解。一个事物对某个观察者来说,并不是或者存在或者不存在,而是有可能介于存在和不存在之间的一种存在状态,我们可以定义一个存在度(存在的程度)或确定度(确定的程度)来衡量,比如用0到1之间的一个数值,0为不存在(没有任何信息),1为完全存在(有全部的信息)。两个不同的存在世界可以合并(信息的充分沟通)成一个存在世界。一个存在世界也可以分离(信息割断)成两个存在世界。当两个存在世界合并(建立信息交流)成一个存在世界时,将发生相互认证,并重新认证各存在世界的事物的存在状态。不同的存在世界通过相互认证来统一对事物存在状态的认同。这个认同过程遵循对同一事物存在度小的服从存在度高的对同一事物的理解。合并世界里对以前的任何一个存在世界的存在认知都不违反。波函数的塌缩是存在世界的合并引起的。

我们用以上的观点来分析量子力学及其相关的实验。比如微观粒子的波---粒二相性,用相对存在的观点看,波是我们的存在世界对其他(不同的)存在世界(微观粒子的存在世界的粒子)的理解,而粒是我们的存在世界和粒子的存在世界合并成一个存在世界时我们对粒子的理解。因此,薛定谔方程的波函数是我们对其他存在世界的物质的理解。微观粒子并不在我们的存在世界完全存在,我们理解成波。当它完全存在在我们的存在世界时,我们理解成粒子。微观粒子越靠近我们的存在世界越象粒子,越远离我们的存在世界越象波。

再看看不确定性,它告诉我们,微观粒子不可能完全存在在我们的存在世界!或者它的位置存在更靠近我们或者动量存在更靠近我们,二者不可兼得。对于能量时间不确定性也类似。波就是不确定的表现,越确定就越象粒子。

再看看薛定谔的猫的试验,封闭的箱子里的世界与外面的世界是两个不同的存在世界。箱子里有个戴防毒面罩的观察者,外面有个观察者。两个观察者对猫的状态有不同的理解。猫的状态对外面的观察者来说存在度比较低(确定性低),因此,外面的观察者理解成死---活猫的叠加状态(波)。里面的观察者有完全的信息,所以理解成确定的状态。当两个存在世界合并时,波函数塌缩,波函数的塌缩是存在世界合并时相互认证的结果。

纵观爱因斯坦和玻尔的争论(这儿指EPR实验),玻尔是站在我们的存在世界,而爱因斯坦是站在粒子的存在世界。爱因斯坦输的很冤。应该是两个人从不同的角度阐述了客观事物的行为。问题是我们无法完全地站在微观粒子的存在世界。从我们的存在世界看,爱因斯坦是波,玻尔是粒子。这儿以EPR实验做个说明,通常(粒子不在我们的存在世界)的情况下,它的结论的确是倾向于玻尔的结论。但如果在实验中始终保持粒子与我们在同一个存在世界中,作者推测结论将倾向于爱因斯坦。也就是说物质有两面性,作者称作玻尔-爱因斯坦二相性。希望物理学家们能够做这个实验。

下面来定义存在度(确定度),并用此概念描述量子力学。对于一个事物观察者的观察可能得到状态空间有n种状态,对应不同状态的概率分别为:,概率分布函数,那么事物内部本来包含的(平均)信息量,也就是没有呈现到外部的信息量,也就是信息熵为:

在不引起混淆的情况下用代替,以下同。

n个状态的总信息量和外部信息量(呈现在外部的信息量)及内部信息量有下列关系:

,(I=1,2,…,n)时,得到最大内部信息量等于总信息量,这时外部信息量为0,这样我们求得了总信息量,有:

我们可以定义相对于总信息量的相对内部信息量:

和相对外部信息量:

有:

其中,定义为存在度或确定度,它表示我们对一具有n个状态的事物的状态可能了解的最大程度,而是(不存在度或不确定度)我们不可能了解的最大程度。把应用到衡量事物状态的存在上,越大这个事物越象个粒子,越靠近观察者的存在世界;越小越象波,越远离观察者的存在世界。当微观粒子与我们的存在世界合并时,看起来就象粒子;当分离时,就象波。这是对波---粒二象性的解释。

我们用这个存在度来计算上面薛定谔的猫中两个存在世界的合并认证过程:

内部存在世界关于猫状态的存在度为:

   

外面存在世界关于猫状态的存在度为:

   

根据前面所说,合并存在世界的存在状态为合并前存在度大的那个状态,即内部存在世界猫的状态。这儿澄清了一些似是而非的解释。

连续状态空间的存在度或确定度的定义如下:

e事件在连续状态空间[a,b]上的概率密度分布函数为,处有最大值为,定义不存在度为:

可能的值从0到无穷大。

存在度为:

                                                                                                A1

可能的值从0到无穷大。当为无穷大时为完全存在,为0时为不存在。

用这个存在度来解释波---粒二象性。把应用到衡量事物状态的存在上,越大这个事物越象个粒子,越靠近观察者的存在世界;越小越象波,越远离观察者的存在世界。当微观粒子与我们的存在世界合并时,看起来就象粒子;当分离时,就象波。这是对波---粒二象性的连续状态空间上的解释。

当我们做变换:

 

因为有:

我们得到在上的密度分布函数:


      
有,

成立。

我们把称做相似密度分布,为膨胀或收缩系数,可以找一个相似密度分布作为标准,它对应的不存在度为,则有一般的相似密度分布的不存在度:

                                                                                  A2

用上面的结论考察量子力学的不确定性原理:

                                                                                             E1

假定对同一类事物不同的动量和位置密度分布分别是相似的,并有:

其中,为常数。为膨胀系数。

因此有动量不存在度和位置不存在度,有:

其中,为常数。

所以有动量存在度和位置存在度,有:

                                                                                      F1

这就是对E1的信息式的表达。

同样的道理,对:

                                                         E2

我们有能量存在度和时间存在度,和常数,有:

                                                 F2

F2就是对E2的信息式的表达。

这样,我们就把量子力学的波---粒二象性和不确定性原理用信息式表达出来并量化。爱因斯坦的相对论的从观察者看问题的基本观点,也包含在本文的观点中。近代物理学的基本观点都统一在本文中,并扩展到用相对的观点看物理学领域的一切问题。

以上讨论的存在度是相对于观察者的存在,在上面主要引入了信息的概念来衡量存在。这个存在可以理解成物质状态的存在,但作者不愿意受这个限制(也可以衡量其他事物的状态的存在)。我们目前所知道的存在有:时间、空间、物质、信息及其关于它们的规则。物理学对除信息以外的存在研究的比较多,独对信息的研究还比较少。作者认为物理学必须向研究信息进军,创建“信息物理学”。这样整个物理学才是完整的。

 



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