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量子力学将迎二次革命科学家重新审视量子世

时间:2018-09-07 16:17:04| 来源:| 编辑:笔名| 点击:0次

量子力学将迎“二次革命” 科学家重新审视量子世界

自量子力学诞生以来,人们主要在做一件事:求解薛定谔方程。这促使了激光、晶体管、核能等的产生。中科院院士、中科院量子信息重点实验室主任郭光灿这样评价量子力学的第一个100年:人们只关注能做什么,不去问为什么。

然而,量子信息的发展打破了僵局。量子纠缠、非局域性等新概念,促使科学家开始重新审视量子世界的本质。

新实验方法和手段的出现,提供了更多研究量子世界奥秘的有效工具,对量子力学的基础问题进行实验研究成为可能。郭光灿说。

于是,在量子力学将进入新阶段的大背景下,国内首届量子力学二次革命论坛日前在合肥召开。

别问为什么

美国著名物理学家理查德费曼会在第一堂课时告诫学生,不要问量子力学为什么,因为没人知道。

量子力学仍有很多基础问题亟待解决。中国科学技术大学教授韩永建引用了量子力学创始人之一尼尔斯玻尔的话:谁不对量子物理感到困惑,他肯定不懂它。

微观理论和经典世界的矛盾导致了爱因斯坦与玻尔之争

量子力学将迎二次革命科学家重新审视量子世

。郭光灿说,爱因斯坦认为,量子力学理论的不完备导致了量子世界的概率性、非局域性;而坚持眼见为实的玻尔认为,量子世界是虚幻的,只有对量子世界进行测量后的结果才是真实的。

虚拟的微观世界如何筑成真实的宏观世界?玻尔并未给出令人信服的解释,爱因斯坦也没找到能被实验证实的更完备理论。

100年来,以玻尔为首的哥本哈根学派被认为是量子力学的正统诠释。该诠释虽不令人满意,但其后一些企图替代它的理论,漏洞并不比玻尔理论少。哥本哈根学派是量子世界的执政党,现在要看哪个在野党有可能革命。韩永建比喻说。

事实上,哥本哈根学派的执政地位已受到挑战。先后有量子惠勒延迟选择光的波粒叠加实验和弱测量直接观测波函数挑战了玻尔的互补原理和波函数非物理实在的观念。

少数派的二次革命

玻尔曾将经典世界比作一个四壁布满探测器的房间,这些探测器可解释房间里发生的所有事情无论是氢原子光谱,还是多体系统的性质,都没跳出这个房间。

量子力学的二次革命,就是要打开房间里的窗户,看看外面到底是什么。韩永建说,量子信息发展的新技术、新概念,有可能对房间外面的信息进行实验检验。

郭光灿表示,量子力学二次革命的号角吹响于2014年。为纪念贝尔不等式50周年,《自然物理》杂志发表量子力学专刊,提出二次革命的口号。随后,《自然》杂志刊登题为《量子战鼓已经敲响》的周评。不过,客观地说,二次革命这个命题还不是主流,只有少数科学家关注。郭光灿认为,在目前乃至相当一段时间里,该领域将是学术界的冷门和少数派。

从事物理学哲学、物理学史研究的中科院自然科学史所副研究员高山对此颇为认同:人们至今对量子理论的诠释很多还停留在哲学层次。我相信有了(特别是实验)物理学家的重视,这个领域在5~10年内会有重要进展。

反哺基础命题

郭光灿表示,当新的实验事实积累到某种程度时,人类中的爱因斯坦二世就会诞生,新理论将应运而生。这是我对量子力学第二次革命的期待。而当务之急是运用已发展的量子技术进一步研究量子世界,发现更丰富的实验事实,为探索新理论打下扎实基础。

在北京大学物理学院现代光学研究所研究员何琼毅看来,随着量子技术的提高,是时候反哺一些量子力学的基础命题了。

在量子力学第一次革命中,中国人来不及,而现在我们处于国际同一水平,是作贡献的时候了。郭光灿说,100多年都没人能回答清楚为什么作量子力学研究,所以不能迷信权威。

对量子力学为什么的探索将是个艰苦的过程,研究者要勇于开拓。郭光灿说:我们目前处在学术研究空前自由活跃的时期,年轻人要有志气抓住机遇去迎接这个历史性挑战。