[论文解读] Is Planck's Constant h a "Quantum" Constant? An Alternative Classical Interpretation

Timothy H. Boyer|arXiv (Cornell University)|Jan 25, 2013

Quantum Electrodynamics and Casimir Effect参考文献 12被引用 6

一句话总结

本文提出，普朗克常数 h 并非本质上是量子常数，而是相对论性经典电动力学中零点辐射的古典尺度因子。通过经典地建模电磁零点辐射，Boyer 表明，诸如黑体谱和基态能量等关键量子现象可自然地出现，而无需引入量子假定，暗示了通常归因于量子力学的现象可能具有经典基础。

ABSTRACT

Although Planck's constant h is currently regarded as the elementary quantum of action appearing in quantum theory, it can also be interpreted as the multiplicative scale factor setting the scale of classical zero-point radiation appearing in classical electromagnetic theory. Relativistic classical electron theory with classical electromagnetic zero-point radiation gives many results in agreement with quantum theory. The areas of agreement between this classical theory and Nature seem worth further investigation.

研究动机与目标

• 挑战传统观点，即普朗克常数 h 仅为量子常数。
• 探讨包含零点辐射的经典电磁理论是否能重现通常归因于量子力学的结果。
• 研究相对论性经典电子理论结合经典零点辐射在多大程度上与量子预测相符。
• 评估经典框架作为量子现象替代基础的可行性。

提出的方法

• 形式化包含随机、洛伦兹不变零点辐射场的经典电磁理论。
• 将相对论性经典电子动力学应用于与零点辐射相互作用的系统。
• 利用经典统计力学和零点能量推导黑体辐射谱。
• 通过经典辐射平衡计算谐振子的基态能量。
• 将经典预测与量子力学结果在能级和辐射谱方面进行比较。
• 使用尺度因子 h 将经典零点能量密度与量子力学作用量联系起来。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否从包含零点辐射的经典电动力学推导出黑体辐射谱？
• RQ2 在零点辐射存在的情况下，经典电子动力学是否能重现量子谐振子的基态能量？
• RQ3 在不假定离散态的情况下，经典理论在多大程度上能重现类似量子的能级量子化？
• RQ4 普朗克常数 h 是否更适于被解释为经典尺度参数而非基本的量子作用量？
• RQ5 能否系统地建立经典零点辐射与量子场论之间的对应关系？

主要发现

• 当零点辐射能量密度通过普朗克常数 h 进行缩放时，经典黑体辐射谱与量子 Planck 谱一致。
• 在经典模型中，谐振子的基态能量被重现为经典振子与零点辐射处于平衡时的能量。
• 经典理论对广泛系统预测的能级涨落和辐射谱与量子场论结果相同。
• 普朗克常数 h 作为连接经典零点能量与量子力学作用量的尺度因子出现，表明其并非本质上是量子的。
• 包含零点辐射的相对论性经典电动力学在低频和高温极限下，其结果与量子理论一致。
• 经典与量子预测之间的一致性并非巧合，而是源于经典场论中零点辐射的普遍性。