量子力學已經發展到盡頭了嗎?

2020-12-15 刁博

玻爾是量子力學哥本哈根派的旗手,他說過,誰若是在學習量子力學時不覺得困惑,說明他根本就沒懂。創立了量子力學路徑積分法的費曼有一句名言:我想我可以非常把握的說,沒有人真正理解量子力學。中國現在量子通信的領軍人物潘建偉近年來接受採訪時也明確表示過自己不懂量子力學。當然這些科學家的不懂量子力學不是一般意義上的不懂,而是不明白量子世界為何會是這個樣子。

一代代的量子科學家不懂量子力學,說明了量子力學中還有很多問題困惑著科學家,量子力學可能還僅僅是剛開始起步,根本看不到盡頭,並且很可能不會有盡頭。公眾比較熟知的關於量子力學的幾個話題,至今也困擾著物理學界,並且這些問題都是涉及到量子力學的最根本問題。

1.上帝到底擲不擲骰子

上帝擲不擲骰子這個問題,本是愛因斯坦對量子力學的哥本哈根派表達不滿的。愛因斯坦和玻爾就此展開了長期的爭論,直到今天,這個問題仍然沒有得到解決。

目前科學家可以通過檢驗貝爾不等式是否成立來確定上帝到底是不是在擲骰子。歷次的貝爾實驗都是傾向於量子力學正確,愛因斯坦的局域隱變量理論不成立。不過所有的貝爾實驗都被科學家挑出了漏洞,把那些漏洞堵住後貝爾不等式是否成立?科學家們正朝著無漏洞的貝爾實驗方向努力著。一旦完成了無漏洞的貝爾實驗,愛因斯坦和玻爾兩位偉人的爭論就可以畫上句號。

2.宏觀狀態下薛丁格的貓實驗

薛丁格給出了量子力學中非常重要的薛丁格方程,不過他本人對量子力學的態疊加、機率解釋非常不滿。薛丁格設計出薛丁格的貓實驗,將微觀世界和宏觀世界聯繫了起來。微觀中原子衰變和不衰變的疊加使得貓處在活態和死態的疊加態中,只有打開箱子的瞬間,貓才會坍縮到活態或死態的一種。

目前宏觀狀態的薛丁格貓實驗已取得了一些進展,實驗結果也是傾向於態疊加的成立。

除了量子力學基礎方面的上帝擲骰子、薛丁格的貓,在量子力學的應用領域,也正有著非常多且非常重要的挑戰。比如量子通信、量子計算,這些方面如果能夠廣泛投入應用,會是技術上的革命。量子力學並不是到了盡頭,很像是剛剛開始。

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    第一次大作業是量子力學發展歷史簡介。作業已經交了,我花了整整一天瀏覽了他們的作業(全部手寫)學生都很認真(!!!)。有願意變成電子稿的,我將他們的電子稿貼在我的微信公眾號「量子通」上。毫無疑問,這些同學的文章有很多錯誤,因為工作量實在太大,我也不改了。
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    ,量子力學已經陪伴了人類118年。但這一切,截止到量子力學的出現。   到現在,與一個世紀之前人類剛剛涉足量子領域的時候相比,愛因斯坦的觀點似乎得到了更為廣泛的共鳴。量子力學越是在數理上不斷得到完美評分,就越顯得我們的本能直覺竟如此粗陋不堪。人們不得不承認,雖然它依然看起來奇異而陌生,但量子力學在過去的一百年裡,已經為人類帶來了太多革命性的發明創造。
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    ,但是量子力學卻是可以學習掌握的。學好基本的線性代數,量子力學的學習就順理成章了。這裡所說基本的線性代數,就是建立線性空間及線性變換的概念。這個關係在量子力學中,當我們做基底變換時,十分重要。還記得之前所說的一個事情,算符的矩陣表示嗎?