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【中國科學報】量子力學將迎“二次革命”

2015-06-16 中國科學報趙廣立

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　　“自量子力學誕生以來，人們主要在做一件事：求解薛定諤方程。這促使了激光、晶體管、核能等的產(chǎn)生。”中科院院士、中科院量子信息重點實驗室主任郭光燦這樣評價量子力學的第一個100年：“人們只關注能‘做什么’，不去問‘為什么’?！?/div>

　　然而，量子信息的發(fā)展打破了僵局。量子糾纏、非局域性等新概念，促使科學家開始重新審視量子世界的本質(zhì)。

　　“新實驗方法和手段的出現(xiàn)，提供了更多研究量子世界奧秘的有效工具，對量子力學的基礎問題進行實驗研究成為可能?！惫鉅N說。

　　于是，在量子力學將進入新階段的大背景下，國內(nèi)首屆“量子力學二次革命”論壇日前在合肥召開。

　　別問“為什么”

　　美國著名物理學家理查德·費曼會在第一堂課時告誡學生，不要問量子力學“為什么”，因為沒人知道。

　　“量子力學仍有很多基礎問題亟待解決。”中國科學技術大學教授韓永建引用了量子力學創(chuàng)始人之一尼爾斯·玻爾的話：誰不對量子物理感到困惑，他肯定不懂它。

　　“微觀理論和經(jīng)典世界的矛盾導致了愛因斯坦與玻爾之爭?！惫鉅N說，愛因斯坦認為，量子力學理論的不完備導致了量子世界的概率性、非局域性；而堅持“眼見為實”的玻爾認為，量子世界是虛幻的，只有對量子世界進行測量后的結果才是真實的。

　　虛擬的微觀世界如何筑成真實的宏觀世界？玻爾并未給出令人信服的解釋，愛因斯坦也沒找到能被實驗證實的更完備理論。

　　100年來，以玻爾為首的“哥本哈根學派”被認為是量子力學的正統(tǒng)詮釋。該詮釋雖不令人滿意，但其后一些企圖替代它的理論，漏洞并不比玻爾理論少。“哥本哈根學派是量子世界的‘執(zhí)政黨’，現(xiàn)在要看哪個‘在野黨’有可能‘革命’。”韓永建比喻說。

　　事實上，哥本哈根學派的“執(zhí)政地位”已受到挑戰(zhàn)。先后有“量子惠勒延遲選擇——光的波粒疊加實驗”和“弱測量直接觀測波函數(shù)”挑戰(zhàn)了玻爾的互補原理和“波函數(shù)非物理實在”的觀念。

　　少數(shù)派的“二次革命”

　　玻爾曾將經(jīng)典世界比作“一個四壁布滿探測器的房間”，這些探測器可解釋房間里發(fā)生的所有事情——無論是氫原子光譜，還是多體系統(tǒng)的性質(zhì)，都沒跳出這個房間。

　　“量子力學的二次革命，就是要打開房間里的窗戶，看看外面到底是什么?！表n永建說，量子信息發(fā)展的新技術、新概念，有可能對房間外面的信息進行實驗檢驗。

　　郭光燦表示，量子力學“二次革命”的號角吹響于2014年。為紀念貝爾不等式50周年，《自然—物理》雜志發(fā)表量子力學?？?，提出“二次革命”的口號。隨后，《自然》雜志刊登題為《“量子戰(zhàn)鼓”已經(jīng)敲響》的周評。不過，“客觀地說，‘二次革命’這個命題還不是主流，只有少數(shù)科學家關注?！惫鉅N認為，在目前乃至相當一段時間里，該領域?qū)⑹菍W術界的“冷門”和“少數(shù)派”。

　　從事物理學哲學、物理學史研究的中科院自然科學史所副研究員高山對此頗為認同：“人們至今對量子理論的詮釋很多還停留在哲學層次。我相信有了（特別是實驗）物理學家的重視，這個領域在5～10年內(nèi)會有重要進展?！?/p>

　　“反哺”基礎命題

　　郭光燦表示，當新的實驗事實積累到某種程度時，人類中的“愛因斯坦二世”就會誕生，新理論將應運而生?！斑@是我對量子力學第二次革命的期待。而當務之急是運用已發(fā)展的量子技術進一步研究量子世界，發(fā)現(xiàn)更豐富的實驗事實，為探索新理論打下扎實基礎?！?/p>

　　在北京大學物理學院現(xiàn)代光學研究所研究員何瓊毅看來，隨著量子技術的提高，是時候“反哺”一些量子力學的基礎命題了。

　　“在量子力學第一次革命中，中國人來不及，而現(xiàn)在我們處于國際同一水平，是作貢獻的時候了?！惫鉅N說，100多年都沒人能回答清楚“為什么”作量子力學研究，所以不能迷信權威。

　　“對量子力學‘為什么’的探索將是個艱苦的過程，研究者要勇于開拓。”郭光燦說：“我們目前處在學術研究空前自由活躍的時期，年輕人要有志氣抓住機遇去迎接這個歷史性挑戰(zhàn)。”

　?。ㄔd于《中國科學報》 2015-06-16 第1版要聞)

　　“自量子力學誕生以來，人們主要在做一件事：求解薛定諤方程。這促使了激光、晶體管、核能等的產(chǎn)生?！敝锌圃涸菏?、中科院量子信息重點實驗室主任郭光燦這樣評價量子力學的第一個100年：“人們只關注能‘做什么’，不去問‘為什么’?！?nbsp;
　　然而，量子信息的發(fā)展打破了僵局。量子糾纏、非局域性等新概念，促使科學家開始重新審視量子世界的本質(zhì)。
　　“新實驗方法和手段的出現(xiàn)，提供了更多研究量子世界奧秘的有效工具，對量子力學的基礎問題進行實驗研究成為可能?！惫鉅N說。
　　于是，在量子力學將進入新階段的大背景下，國內(nèi)首屆“量子力學二次革命”論壇日前在合肥召開。
　　別問“為什么”
　　美國著名物理學家理查德·費曼會在第一堂課時告誡學生，不要問量子力學“為什么”，因為沒人知道。
　　“量子力學仍有很多基礎問題亟待解決?！敝袊茖W技術大學教授韓永建引用了量子力學創(chuàng)始人之一尼爾斯·玻爾的話：誰不對量子物理感到困惑，他肯定不懂它。
　　“微觀理論和經(jīng)典世界的矛盾導致了愛因斯坦與玻爾之爭?！惫鉅N說，愛因斯坦認為，量子力學理論的不完備導致了量子世界的概率性、非局域性；而堅持“眼見為實”的玻爾認為，量子世界是虛幻的，只有對量子世界進行測量后的結果才是真實的。
　　虛擬的微觀世界如何筑成真實的宏觀世界？玻爾并未給出令人信服的解釋，愛因斯坦也沒找到能被實驗證實的更完備理論。
　　100年來，以玻爾為首的“哥本哈根學派”被認為是量子力學的正統(tǒng)詮釋。該詮釋雖不令人滿意，但其后一些企圖替代它的理論，漏洞并不比玻爾理論少?！案绫竟鶎W派是量子世界的‘執(zhí)政黨’，現(xiàn)在要看哪個‘在野黨’有可能‘革命’。”韓永建比喻說。
　　事實上，哥本哈根學派的“執(zhí)政地位”已受到挑戰(zhàn)。先后有“量子惠勒延遲選擇——光的波粒疊加實驗”和“弱測量直接觀測波函數(shù)”挑戰(zhàn)了玻爾的互補原理和“波函數(shù)非物理實在”的觀念。
　　少數(shù)派的“二次革命”
　　玻爾曾將經(jīng)典世界比作“一個四壁布滿探測器的房間”，這些探測器可解釋房間里發(fā)生的所有事情——無論是氫原子光譜，還是多體系統(tǒng)的性質(zhì)，都沒跳出這個房間。
　　“量子力學的二次革命，就是要打開房間里的窗戶，看看外面到底是什么?！表n永建說，量子信息發(fā)展的新技術、新概念，有可能對房間外面的信息進行實驗檢驗。
　　郭光燦表示，量子力學“二次革命”的號角吹響于2014年。為紀念貝爾不等式50周年，《自然—物理》雜志發(fā)表量子力學?？岢觥岸胃锩钡目谔?。隨后，《自然》雜志刊登題為《“量子戰(zhàn)鼓”已經(jīng)敲響》的周評。不過，“客觀地說，‘二次革命’這個命題還不是主流，只有少數(shù)科學家關注?！惫鉅N認為，在目前乃至相當一段時間里，該領域?qū)⑹菍W術界的“冷門”和“少數(shù)派”。
　　從事物理學哲學、物理學史研究的中科院自然科學史所副研究員高山對此頗為認同：“人們至今對量子理論的詮釋很多還停留在哲學層次。我相信有了（特別是實驗）物理學家的重視，這個領域在5～10年內(nèi)會有重要進展。”
　　“反哺”基礎命題
　　郭光燦表示，當新的實驗事實積累到某種程度時，人類中的“愛因斯坦二世”就會誕生，新理論將應運而生?！斑@是我對量子力學第二次革命的期待。而當務之急是運用已發(fā)展的量子技術進一步研究量子世界，發(fā)現(xiàn)更豐富的實驗事實，為探索新理論打下扎實基礎。”
　　在北京大學物理學院現(xiàn)代光學研究所研究員何瓊毅看來，隨著量子技術的提高，是時候“反哺”一些量子力學的基礎命題了。
　　“在量子力學第一次革命中，中國人來不及，而現(xiàn)在我們處于國際同一水平，是作貢獻的時候了?！惫鉅N說，100多年都沒人能回答清楚“為什么”作量子力學研究，所以不能迷信權威。
　　“對量子力學‘為什么’的探索將是個艱苦的過程，研究者要勇于開拓?！惫鉅N說：“我們目前處在學術研究空前自由活躍的時期，年輕人要有志氣抓住機遇去迎接這個歷史性挑戰(zhàn)?！?br/>　?。ㄔd于《中國科學報》 2015-06-16 第1版要聞)

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