量子力学若干基本问题研究的新进展 孙昌璞 (中国科学院理论物理研究所北京100080 摘要首先回顾了量子力学诠释的各种研究的思想起源.以量子测量问题为核心,通过介绍和分析最近5年完成 的相关实验(如用腔QD展示的量子退相干过程实验和超冷原子 which-way实验等),系统地评述了量子力学若干基 本问题研究(包括宏观物体相干性,量子测量的冯·诺伊曼链问题)的新进展,并阐明了其作用与意义指出了量子力学 基本问题的探讨己经走出纯哲学思辨的范畴,开始了大规模的实验检验,而且其研究结果对信息科学有重要的潜在 应用通过基本观念的正确阐释,对量子测量理解方面的某些误解(如超光速现象)给予一定程度的澄清.最后,通过介 绍霍夫特(G.' t Hooft)最近在量子力学方面的工作,展望了量子力学今后的可能发展 关键词量子力学诠释,量子测量问题,量子相干性 NEW PROGRESS OF FUNDAMENTAL ASPECTS IN QUANTUM MECHANICS SUN Chang-PL ( Institute of Theoretical Physics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100080, China Abstract This review recalls the conceptual origins of various interpretations of quantum mechanics. With the focus on quantum measurement problems, new developments of foundamental quantum theory are described in association with recent experiments such as the decoherence process in cavity quantum electrodynamics which-way detection using the Bragg scattering of cold atoms, and quantum interference using the small quantum system of molecular C60. The funda nental problems include the quantum coherence of a macroscopic object, the von Neumann chain in quantum measure- ment, the Schrodinger cat paradox, et al. Many landmath experiments have been accomplished with possible important applications in quantum information. The most recent research on the new quantum theory by G 't Hooft is reviewed, as well as future prospects of quantum mechanics Key words rpretations of quantum mechanics, quantum measurement problem, quantum coherence 效.对于这一问题,爱因斯坦和玻尔在1927年的 1量子力学基本问题的缘起 Solvay会议上开始了旷日持久的学术论战2,并引 发了后来一系列关于量子力学基本问题和量子力学 自1900年普朗克( Max plank)提出光量子假说诠释的深入讨论 起口,量子力学的创立已过百年作为现代量子理论 本文将结合最新实验进展,通过典型例子,介绍 的核心,量子力学的发展不仅导致了原子能、激光和和评述量子力学基本问题研究的进展,以此来纪念 半导体等重大技术发明,创造了20世纪人类的物质 量子理论诞生100周年 文明,而且使得人们对微观世界运动的规律有了基 本正确的、革命性的理解,成为人类认识世界过程的2量子力学诠释研究的概述 个伟大里程碑 然而,量子力学所展示的微观世界图景,看起来 早期争论集中在量子力学的描述是否存在内部 远离了经典物理所“精确描述”的物质世界图像,由 的不一致性或前后矛盾.为此,爱因斯坦和玻尔讨论 此一系列基本问题就很自然地被提了出来.在经典了微观世界的不确定性特征是固有的,还是由于我 物理中,坐标和速度无疑能够给出粒子运动状态的 正确刻画.但在量子力学的描述中,由于物质具有波 国家杰出青年基金、国家“九五”攀登计划、中国科学院重大交叉 动和粒子的二重属性—波粒二象性,动量和坐标 科学问题研究基金资助项目 不能被同时测准,从而使得微观粒子的经典描述失 2001-01-18收到 310· 物理量子力学若干基本问题研究的新进展! 孙 昌 璞 （中国科学院理论物理研究所 北京 !"""#"） 摘 要 首先回顾了量子力学诠释的各种研究的思想起源$以量子测量问题为核心，通过介绍和分析最近 % 年完成 的相关实验（如用腔 &’( 展示的量子退相干过程实验和超冷原子 )*+,* - )./ 实验等），系统地评述了量子力学若干基 本问题研究（包括宏观物体相干性，量子测量的冯·诺伊曼链问题）的新进展，并阐明了其作用与意义$指出了量子力学 基本问题的探讨已经走出纯哲学思辨的范畴，开始了大规模的实验检验，而且其研究结果对信息科学有重要的潜在 应用$通过基本观念的正确阐释，对量子测量理解方面的某些误解（如超光速现象）给予一定程度的澄清$最后，通过介 绍霍夫特（0$12 34452）最近在量子力学方面的工作，展望了量子力学今后的可能发展$ 关键词 量子力学诠释，量子测量问题，量子相干性 !"# $%&’%"(( &) )*!+,-"!.,/ ,($"0.( 1! 2*,!.*- -"03,!10( 678 9*.:;<=> （!"#$%$&$’ () *+’(,’$%-./ 0+1#%-#，2+%"’#’ 3-.4’51 () 6-%’"-’#，7’%8%"9 !"""#"，2+%".） ,4567896 ?*+@ ABC+B) AB,.DD@ 2*B ,4:,BE2>.D 4A+;+:@ 45 C.A+4>@ +:2BAEAB2.2+4:@ 45 F>.:2>G GB,*.:+,@$ H+2* 2*B 54,>@ 4: F>.:2>G GB.@>ABGB:2 EA4IDBG@，:B) JBCBD4EGB:2@ 45 54>:J.GB:2.D F>.:2>G 2*B4A/ .AB JB@,A+IBJ +: .@@4,+.2+4: )+2* AB,B:2 BKEBA+GB:2@ @>,* .@ 2*B JB,4*BAB:,B EA4,B@@ +: ,.C+2/ F>.:2>G BDB,2A4J/:.G+,@“)*+,*<)./”JB2B,2+4: >@+:; 2*B LA.;; @,.22BA+:; 45 ,4DJ .24G@，.:J F>.:2>G +:2BA5BAB:,B >@+:; 2*B @G.DD F>.:2>G @/@2BG 45 G4DB,>D.A 9M" $ ?*B 5>:J.< GB:2.D EA4IDBG@ +:,D>JB 2*B F>.:2>G ,4*BAB:,B 45 . G.,A4@,4E+, 4INB,2，2*B C4: 8B>G.:: ,*.+: +: F>.:2>G GB.@>AB< GB:2，2*B 6,*AOJ+:;BA ,.2 E.A.J4K，’$ ./ $ P.:/ D.:JG.2* BKEBA+GB:2@ *.CB IBB: .,,4GED+@*BJ )+2* E4@@+IDB +GE4A2.:2 .EED+,.2+4:@ +: F>.:2>G +:54AG.2+4:$ ?*B G4@2 AB,B:2 AB@B.A,* 4: 2*B :B) F>.:2>G 2*B4A/ I/ 0$12 34452 +@ ABC+B)BJ，.@ )BDD .@ 5>2>AB EA4@EB,2@ 45 F>.:2>G GB,*.:+,@$ :;< =>7?5 +:2BAEAB2.2+4:@ 45 F>.:2>G GB,*.:+,@，F>.:2>G GB.@>ABGB:2 EA4IDBG，F>.:2>G ,4*BAB:,B ! 国家杰出青年基金、国家“九五”攀登计划、中国科学院重大交叉 科学问题研究基金资助项目 Q""! - "! - !# 收到 ! 量子力学基本问题的缘起 自 !R"" 年普朗克（P.K =D.:S）提出光量子假说 起［!］ ，量子力学的创立已过百年$作为现代量子理论 的核心，量子力学的发展不仅导致了原子能、激光和 半导体等重大技术发明，创造了 Q" 世纪人类的物质 文明，而且使得人们对微观世界运动的规律有了基 本正确的、革命性的理解，成为人类认识世界过程的 一个伟大里程碑$ 然而，量子力学所展示的微观世界图景，看起来 远离了经典物理所“精确描述”的物质世界图像，由 此一系列基本问题就很自然地被提了出来$ 在经典 物理中，坐标和速度无疑能够给出粒子运动状态的 正确刻画$但在量子力学的描述中，由于物质具有波 动和粒子的二重属性———波粒二象性，动量和坐标 不能被同时测准，从而使得微观粒子的经典描述失 效$对于这一问题，爱因斯坦和玻尔在 !RQT 年的 64DC./ 会议上开始了旷日持久的学术论战［Q］ ，并引 发了后来一系列关于量子力学基本问题和量子力学 诠释的深入讨论$ 本文将结合最新实验进展，通过典型例子，介绍 和评述量子力学基本问题研究的进展，以此来纪念 量子理论诞生 !"" 周年$ Q 量子力学诠释研究的概述 早期争论集中在量子力学的描述是否存在内部 的不一致性或前后矛盾$为此，爱因斯坦和玻尔讨论 了微观世界的不确定性特征是固有的，还是由于我 · U!" · 物理