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加急見刊

“相對論性量子力學(xué)”是否真的存在

黃志洵; 姜榮 中國傳媒大學(xué)信息工程學(xué)院; 北京100024; 浙江傳媒學(xué)院; 杭州310018

摘要:"相對論和量子力學(xué)是互相對立的",這句話曾出現(xiàn)在聯(lián)合國教科文組織的《世界科學(xué)發(fā)展報告》之中;許多著名物理學(xué)家對此也有類似的闡述。然而有一種流行的看法認為:在早期已有P.Dirac創(chuàng)建了相對論性量子力學(xué),并且它優(yōu)于E.Schr?dinger提出的非相對論性量子波動力學(xué)。許多人認為Schr?dinger方程(SE)只能在低速(v?c)條件下使用,而Dirac方程(DE)才是無此限制的方程,因而更加精確。也有人認為,量子場論(QFT)已經(jīng)實現(xiàn)了狹義相對論(SR)與量子力學(xué)(QM)的融合。本文認為上述觀點似是而非,實際上是錯誤的。SE在分析處理光纖方面的成功,證明它能用于由光子扮演主要角色的物理過程,而光子卻不是什么低速粒子。計算數(shù)據(jù)已證明SE的高精確性和應(yīng)用上的廣泛性。至于DE,它的推導(dǎo)雖非像SE那樣直接從Newton力學(xué)出發(fā),但也不是真正使用了SR的時空觀和世界觀。DE推導(dǎo)源于有關(guān)質(zhì)量的兩個方程——質(zhì)能關(guān)系式和質(zhì)速關(guān)系式,但它們均可由相對論力學(xué)出現(xiàn)前的經(jīng)典物理推出;并且在事實上質(zhì)能關(guān)系式在1900年即由H.Poincarè提出,質(zhì)速關(guān)系式在1904年由H.Lorentz提出;因此,實際上DE的推導(dǎo)并非從相對論出發(fā)。既然DE與SR并無必然的聯(lián)系,說它"代表SR與QM的結(jié)合"即不可接受。其實SE與DE只是兩個不同的波方程,各有特點,都可應(yīng)用;但兩者的關(guān)系并非互不相容。本文指出Dirac的科學(xué)思想有其發(fā)展變化過程,晚年時他反復(fù)強調(diào)"要使相對論和量子力學(xué)一致存在真正的困難",而包括量子電動力學(xué)在內(nèi)的QFT的成功"極為有限",根本不足以描述自然界。S.Weinberg其實早就看到理論物理學(xué)有大問題,例如對Lorentz變換不變性的要求根本不是QM能夠滿足的。可以說,幾十年前使Dirac"傷透腦筋"的問題(無法使相對論與量子理論融合一致)今天仍然存在,而這是理論物理學(xué)陷入?

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