光子)的波函数对于交换不变号,称为玻色子。电子是费米子,因而在原子中分 层排列;光由玻色子组成,所以激光光线呈现超强度的光束(本质上是一个量子 态)。最近,气体原子被冷却到量子状态而形成Bose- Einstein凝聚,这时体系 可发射超强物质束,形成原子激光。 这一观念仅对全同粒子适用,因为不同粒子交换后波函数显然不同。因此仅当粒 子体系是全同粒子时才显示出玻色子或费米子的行为。同样的粒子是绝对相同 的,这是量子力学最神秘的侧面之一,量子场论的成就将对此作出解释。 量子物理百年回顾(三) 争议与混乱 量子力学意味着什么?波函数到底是什么?测量是什么意思?这些问题在早期 都激烈争论过。直到1930年,Bohr和他的同事或多或少地提出了量子力学的标 准阐释,即哥本哈根阐释;其关键要点是通过Bohr的互补原理对物质和事件进 行概率描述,调和物质波粒二象性的矛盾。 Einstein不接受量子理论,他一直就 量子力学的基本原理同Bohr争论,直至1955年去世 关于量子力学争论的焦点是:究竟是波函数包含了体系的所有信息,还是有隐含 的因素(隐变量)决定了特定测量的结果。60年代中期 John s.Bel证明,如果 存在隐变量,那么实验观察到的概率应该在一个特定的界限之下,此即Bell不 等式。多数小组的实验结果与Bell不等式相悖,他们的数据断然否定了隐变量 存在的可能性。这样,大多数科学家对量子力学的正确性不再怀疑了。 然而,由于量子理论神奇的魔力,它的本质仍然吸引着人们的注意力。量子体系 的古怪性质起因于所谓的纠缠态,简单说来,量子体系(如原子)不仅能处于 系列的定态,也可以处于它们的叠加态。测量处于叠加态原子的某种性质(如能 量),一般说来,有时得到这一个值,有时得到另一个值。至此还没有出现任何 古怪。 但是可以构造处于纠缠态的双原子体系,使得两个原子共有相同的性质。当这两 个原子分开后,一个原子的信息被另一个共享(或者说是纠缠)。这一行为只有 量子力学的语言才能解释。这个效应太不可思议以至于只有少数活跃的理论和实 验机构在集中精力研究它,论题并不限于原理的研究,而是纠缠态的用途:纠缠 态已经应用于量子信息系统,也成为量子计算机的基础。 次革命 在20年代中期创立量子力学的狂热年代里,也在进行着另一场革命,量子物理 的另一个分支—量子场论的基础正在建立。不像量子力学的创立那样如暴风疾 雨般一挥而就,量子场论的创立经历了一段曲折的历史,一直延续到今天。尽管 量子场论是困难的,但它的预测精度是所有物理学科中最为精确的,同时,它也 为一些重要的理论领域的探索提供了范例。 激发提出量子场论的问题是电子从激发态跃迁到基态时原子怎样辐射光。1916 年, Einstein研究了这一过程,并称其为自发辐射,但他无法计算自发辐射系数。 解决这个问题需要发展电磁场(即光)的相对论量子理论。量子力学是解释物质 的理论,而量子场论正如其名,是研究场的理论,不仅是电磁场,还有后来发现 的其它场 1925年,Bom, Heisenberg和 Jordan发表了光的量子场论的初步想法,但关键 的一步是年轻且本不知名的物理学家Diac于1926年独自提出的场论。Diac的 理论有很多缺陷:难以克服的计算复杂性,预测出无限大量,并且显然和对应原光子）的波函数对于交换不变号，称为玻色子。电子是费米子，因而在原子中分 层排列；光由玻色子组成，所以激光光线呈现超强度的光束（本质上是一个量子 态）。最近，气体原子被冷却到量子状态而形成 Bose-Einstein 凝聚，这时体系 可发射超强物质束，形成原子激光。 这一观念仅对全同粒子适用，因为不同粒子交换后波函数显然不同。因此仅当粒 子体系是全同粒子时才显示出玻色子或费米子的行为。同样的粒子是绝对相同 的，这是量子力学最神秘的侧面之一，量子场论的成就将对此作出解释。 量子物理百年回顾（三） 争议与混乱 量子力学意味着什么？波函数到底是什么？测量是什么意思？这些问题在早期 都激烈争论过。直到 1930 年，Bohr 和他的同事或多或少地提出了量子力学的标 准阐释，即哥本哈根阐释；其关键要点是通过 Bohr 的互补原理对物质和事件进 行概率描述，调和物质波粒二象性的矛盾。Einstein 不接受量子理论，他一直就 量子力学的基本原理同 Bohr 争论，直至 1955 年去世。 关于量子力学争论的焦点是：究竟是波函数包含了体系的所有信息，还是有隐含 的因素（隐变量）决定了特定测量的结果。60 年代中期 John S. Bell 证明，如果 存在隐变量，那么实验观察到的概率应该在一个特定的界限之下，此即 Bell 不 等式。多数小组的实验结果与 Bell 不等式相悖，他们的数据断然否定了隐变量 存在的可能性。这样，大多数科学家对量子力学的正确性不再怀疑了。 然而，由于量子理论神奇的魔力，它的本质仍然吸引着人们的注意力。量子体系 的古怪性质起因于所谓的纠缠态，简单说来，量子体系（如原子）不仅能处于一 系列的定态，也可以处于它们的叠加态。测量处于叠加态原子的某种性质（如能 量），一般说来，有时得到这一个值，有时得到另一个值。至此还没有出现任何 古怪。 但是可以构造处于纠缠态的双原子体系，使得两个原子共有相同的性质。当这两 个原子分开后，一个原子的信息被另一个共享（或者说是纠缠）。这一行为只有 量子力学的语言才能解释。这个效应太不可思议以至于只有少数活跃的理论和实 验机构在集中精力研究它，论题并不限于原理的研究，而是纠缠态的用途；纠缠 态已经应用于量子信息系统，也成为量子计算机的基础。 二次革命 在 20 年代中期创立量子力学的狂热年代里，也在进行着另一场革命，量子物理 的另一个分支——量子场论的基础正在建立。不像量子力学的创立那样如暴风疾 雨般一挥而就，量子场论的创立经历了一段曲折的历史，一直延续到今天。尽管 量子场论是困难的，但它的预测精度是所有物理学科中最为精确的，同时，它也 为一些重要的理论领域的探索提供了范例。 激发提出量子场论的问题是电子从激发态跃迁到基态时原子怎样辐射光。1916 年，Einstein 研究了这一过程，并称其为自发辐射，但他无法计算自发辐射系数。 解决这个问题需要发展电磁场（即光）的相对论量子理论。量子力学是解释物质 的理论，而量子场论正如其名，是研究场的理论，不仅是电磁场，还有后来发现 的其它场。 1925 年，Born，Heisenberg 和 Jordan 发表了光的量子场论的初步想法，但关键 的一步是年轻且本不知名的物理学家 Dirac 于 1926 年独自提出的场论。Dirac 的 理论有很多缺陷：难以克服的计算复杂性，预测出无限大量，并且显然和对应原