量子力学回顾

量子力学回顾1第一页，共三十四页，编辑于2023年，星期五前言自从量子理论诞生以来，围绕着它的解释一直存在着争论。其争论的主要焦点在于对正统观点的不满足，以及对其理论上的缺陷的弥补和完善。量子力学到今天仍在蓬勃地发展，离不开这些反对者们的探索工作，他们的贡献也同样是应该被铭记的。本讲座将就80多年来对量子力学的不同解释作一简要回顾，希望能对同学们全面地、深刻地理解量子力学起到一定的作用。2第二页，共三十四页，编辑于2023年，星期五量子力学—过去现在未来“正统”与“异端”的大PK你方唱罢我登场的角斗场问大地苍茫，谁主沉浮？3第三页，共三十四页，编辑于2023年，星期五一、“正统”与“异端”的大PK1927年是量子理论发展史上重要的一年，量子力学中的哥本哈根解释正式形成，成为以后八十年来在量子帝国中占据统治地位的“哥本哈根王朝”的开端。Bohr，《量子公设和原子理论新进展》，1927哥本哈根学派三大理论基础——Bohn的几率波解释Heisenberg的不确定度关系Bohr的互补原理1927年第五届索尔维会议1、哥本哈根王朝的建立4第四页，共三十四页，编辑于2023年，星期五2、抵抗运动的兴起Einstein语录：“人们应该为它的成功而感到羞愧,因为它是根据耶稣会的格言‘不可让你的左手知道你右手所做的事’而获得的。”

——1919年致玻恩“在那种情况下，我宁愿做一个补鞋匠，或者甚至做一个赌场中的雇员，而不愿意做一个物理学家。”

——1924年致玻恩“海森堡—狄拉克的理论我固然不得不钦佩，但是我却闻不到真理的气味。”

——1926年致索末菲“量子力学固然是堂皇的，可是有一种内在的声音告诉我，它还不是事物的真谛所在。该理论虽然富有成果，但是却几乎没有在接近古老的神秘方面使我们更进一步。无论如何，我坚信：上帝不玩骰子。”

——1926年致玻恩5第五页，共三十四页，编辑于2023年，星期五

VS3、第一次索尔维会战（1927）6第六页，共三十四页，编辑于2023年，星期五1927第五届索尔维会议德布罗意的导波理论

薛定谔：”真实的系统是一个处于所有可能状态的经典系统的复合系统，它通过将ΨΨ*作为权重函数而获得。”

爱因斯坦：“认为|Ψ|2是表示一个粒子存在于完全确定的地方的几率，这样的一种解释（即正统解释）就必须以完全特殊的超距作用为前提，从而不允许连续分布在空间中的波同时在胶片的两个部分表现出自己的作用。”玻尔等人的反击

7第七页，共三十四页，编辑于2023年，星期五4、第二次索尔维会战（1930）Einstein&Bohr8第八页，共三十四页，编辑于2023年，星期五玻尔的回答：引力红移效应爱因斯坦光子箱9第九页，共三十四页，编辑于2023年，星期五1930年第6届索尔维会议卢瑟福回忆：“我将永远不会忘记他们两个离开会场的情形：爱因斯坦，一个高大的形象，平静地走着，还带着一点讥讽的微笑，而玻尔则沮丧地跟在他的旁边。……第二天上午就迎来了玻尔的胜利。”10第十页，共三十四页，编辑于2023年，星期五5、争论目标的转移与战争的长期化A.Einstein,B.Podolsky&N.Rosen,“Canquantummechanicaldescriptionofphysicalrealitybeconsideredcomplete?”1935完备性：必要条件：物理实在的每一要素在理论中要有对应部分充分条件：不干扰这个体系而能对它做确定测量11第十一页，共三十四页，编辑于2023年，星期五EPR问题的反响：薛定谔：“我非常高兴，你刚刚发表的文章已经明显地抓住了独断的量子力学的小辫子。”罗森菲尔德：“当玻尔听到我报告爱因斯坦的论证后，马上放下所有的工作说，我们要立刻澄清这个误解。”玻尔:

“量子力学是一个和谐的数学形式体系，它的预测与微观领域的实验结果符合得很好。既然一个物理理论的预测都能够被实验所证实，而且实验又不能得出比理论更多的东西，那么，我们还有什么理由对这个理论提出更高的完备性要求呢？……因此，从它自身逻辑的相容性以及与经验符合的程度来看，量子力学是完备的。”12第十二页，共三十四页，编辑于2023年，星期五薛定谔猫的出笼（1935）13第十三页，共三十四页，编辑于2023年，星期五爱因斯坦致薛定谔：“海森堡—玻尔的绥靖哲学——或绥靖宗教？——是如此精心策划的，使它得以向那些信徒暂时提供一个舒适的软枕。那种人不是那么容易从这个软枕上惊醒的，那就让他们躺着吧。”14第十四页，共三十四页，编辑于2023年，星期五薛定谔晚年的总结：“除了几人以外（例如爱因斯坦、劳厄），其余的理论物理学家都是纯粹的笨人，而我是惟一活下来的健全的人。那个日夜折磨我们的伟大的难题就是波粒二象性。……互补性只是一个轻率的口号，如果我不是完全确信这个人（玻尔）是诚实的，并且真的相信他的口号，我不能说理论是适当的，我将认为它在学术上是不道德的。”

——1959年致辛格15第十五页，共三十四页，编辑于2023年，星期五量子力学—过去现在未来“正统”与“异端”的大PK你方唱罢我登场的角斗场问大地苍茫，谁主沉浮？16第十六页，共三十四页，编辑于2023年，星期五二、你方唱罢我登场的角斗场创始人DavidBohm1952年提出主要观点：粒子仍然是沿着精确的连续轨迹运动的，只是这条轨迹不仅由通常的力决定，还受着量子势的影响。量子势由波函数产生，它通过提供关于整个环境的能动信息来引导粒子运动。波函数被看作是一种存在于数学配置空间中的物理场，永不坍缩，而粒子则由波函数引导进行连续运动，同时具有确定的位置和速度。在对测量的看法上，认为量子系统的性质不只属于系统本身，同时也决定于测量装置，是一个整体特性。1、量子力学之隐变量解释17第十七页，共三十四页，编辑于2023年，星期五双缝实验的玻姆轨迹18第十八页，共三十四页，编辑于2023年，星期五隐变量解释的意义与局限隐变量解释第一次真正打破了正统观点的一统天下，让人们认识到量子现象背后的微观实在有存在的可能性。Bohm：该解释“打开了通往更微妙的实在底层的大门。”爱因斯坦致玻恩：“你曾听说过玻姆认为——就像德布罗意25年前一样——他已能用决定论的精神来解释量子理论了吗？我觉得这种方法似乎太廉价了。”由于引入的隐变量都是不可测知的，因此对物理量的测量总是产生与量子力学相一致的结果，如总是满足不确定性关系等。隐变量解释虽然找回了粒子的轨迹，但却是一条永远不可见的轨迹。19第十九页，共三十四页，编辑于2023年，星期五贝尔不等式JohnBell1964年提出主要观点：从隐变量理论出发,导出一个需要满足的普适性不等式。实验情况：Aspect1982隐变量解释的前景:定域性隐变量与非定域性隐变量例：两电子，总自旋为0粒子1：沿a方向自旋分量测量值A(a)粒子1：沿b方向自旋分量测量值B(b)与Bell不等式等效的CHSH不等式的相应研究情况20第二十页，共三十四页，编辑于2023年，星期五2、量子力学之多世界解释创始人HughEverettIII1957年提出BryceDeWitt1968年进一步描述主要观点：不存在波函数坍缩,所有的可能性都实现于不同的世界之中,每一次测量将观测到一个世界的结果。DeWitt：宇宙的任何一个遥远的角落的任何一次量子跃迁，都将把我们这里的世界分裂成自己的亿万个拷贝。21第二十一页，共三十四页，编辑于2023年，星期五费曼对多世界解释的比喻：假如我在拉斯维加斯赌博，刚要把钱押在一个轮盘赌的22号，这时我旁边的一个女孩看到了她认识的一个人，把正在喝的饮料洒了出来，因此我停住了，没有把钱押上去，这时轮盘赌停在了22号上。可以看出，对于我个人来说。整个宇宙的运行将取决于一些小小的光子打到她的视网膜这个事件。这样，整个宇宙会因为每一个原子事件而分岔。……22第二十二页，共三十四页，编辑于2023年，星期五多世界中的“量子自杀”：泰格马克1998年23第二十三页，共三十四页，编辑于2023年，星期五多世界解释的支持者们：霍金、费曼、盖尔曼、温伯格、Deutsch等……24第二十四页，共三十四页，编辑于2023年，星期五1988年对72位物理学家的调查多世界解释是一种革命性的看法，它否定了一个单独的经典世界的存在，而认为实在是一种包含有多世界的实在，它的演化是严格决定论的。问题：为什么我们只能感受到确定的经典世界，而没有感受到宏观物体的叠加态？——优选基问题25第二十五页，共三十四页，编辑于2023年，星期五退相干理论的提出H.D.Zeh1970年Decoherence主要观点：当系统与测量仪器和外界发生相互作用时，由于大量粒子之间的纠缠作用，会导致系统波函数的各个分支之间的相干性被破坏。因而我们在实际中只能感知到彼此之间已无相干性的经典分支。例如：对薛定谔猫实验的解释。26第二十六页，共三十四页，编辑于2023年，星期五3、量子力学之修正主义1）动态坍缩理论：P.Pearle1976主要观点：波函数坍缩不是瞬时的,而是一个动态过程，将时间演化过程与测量坍缩过程应统一起来。27第二十七页，共三十四页，编辑于2023年，星期五2）量子引力：R.Penrose1986从广义相对论的角度考虑量子引力的引入，导致波函数的动态坍缩。3）其它理论观点：GRW理论（Ghirardi,Rimini,Weber）1986动态坍缩CSL模型（Pearle,Ghirardi,Rimini）1988薛定谔方程修正QSD理论（Gisin,Percival）1993量子态扩散理论……28第二十八页，共三十四页，编辑于2023年，星期五1997年与1999年的量子力学解释投票排名29第二十九页，共三十四页，编辑于2023年，星期五量子力学—过去现在未来“正统”与“异端”的大PK你方唱罢我登场的角斗场问大地苍茫，谁主沉浮？30第三十页，共三十四页，编辑于2023年，星期五三、量子力学往何处去？

“我认为也许结果最终会证明爱因斯坦是正确的，因为不应认为量子力学目前的形式是最后的形式。关于现在的量子力学，存在一些很大的困难，…它是到现在为止人们能够给出的最好的理论，然而不应当认为它能永远地存在下去。”狄拉克197531第三十一页，共三十四页，编辑于2023年，星期五假如一个人不为量子论感到困惑，那他就是没有明白量子论。尼尔斯﹒玻尔我想我可以放心地说，没有谁理解量子力学（IthinkIcansavelysay,nobodyunderstandsquantummechanics

）。

R.P.费曼

Itisthestrangestthatexistenceshowsauniversalorder!