加快打造原始創(chuàng)新策源地,加快突破關(guān)鍵核心技術(shù),努力搶占科技制高點(diǎn),為把我國建設(shè)成為世界科技強(qiáng)國作出新的更大的貢獻(xiàn)。

——習(xí)近平總書記在致中國科學(xué)院建院70周年賀信中作出的“兩加快一努力”重要指示要求

面向世界科技前沿、面向經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場、面向國家重大需求、面向人民生命健康,率先實(shí)現(xiàn)科學(xué)技術(shù)跨越發(fā)展,率先建成國家創(chuàng)新人才高地,率先建成國家高水平科技智庫,率先建設(shè)國際一流科研機(jī)構(gòu)。

——中國科學(xué)院辦院方針

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【中國科學(xué)報】量子力學(xué)將迎“二次革命”

2015-06-16 中國科學(xué)報 趙廣立
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  “自量子力學(xué)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(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任郭光燦這樣評價量子力學(xué)的第一個100年:“人們只關(guān)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(xué)家開始重新審視量子世界的本質(zhì)。

  “新實(shí)驗(yàn)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(xué)的基礎(chǔ)問題進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究成為可能?!惫鉅N說。

  于是,在量子力學(xué)將進(jìn)入新階段的大背景下,國內(nèi)首屆“量子力學(xué)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(xué)家理查德·費(fèi)曼會在第一堂課時告誡學(xué)生,不要問量子力學(xué)“為什么”,因?yàn)闆]人知道。

  “量子力學(xué)仍有很多基礎(chǔ)問題亟待解決?!敝袊茖W(xué)技術(shù)大學(xué)教授韓永建引用了量子力學(xué)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(dǎo)致了愛因斯坦與玻爾之爭。”郭光燦說,愛因斯坦認(rèn)為,量子力學(xué)理論的不完備導(dǎo)致了量子世界的概率性、非局域性;而堅(jiān)持“眼見為實(shí)”的玻爾認(rèn)為,量子世界是虛幻的,只有對量子世界進(jìn)行測量后的結(jié)果才是真實(shí)的。

  虛擬的微觀世界如何筑成真實(shí)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(shí)驗(yàn)證實(shí)的更完備理論。

  100年來,以玻爾為首的“哥本哈根學(xué)派”被認(rèn)為是量子力學(xué)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(xué)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’?!表n永建比喻說。

  事實(shí)上,哥本哈根學(xué)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(shí)驗(yàn)”和“弱測量直接觀測波函數(shù)”挑戰(zhàn)了玻爾的互補(bǔ)原理和“波函數(shù)非物理實(shí)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(xué)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(shù)、新概念,有可能對房間外面的信息進(jìn)行實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)。

  郭光燦表示,量子力學(xué)“二次革命”的號角吹響于2014年。為紀(jì)念貝爾不等式50周年,《自然—物理》雜志發(fā)表量子力學(xué)專刊,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(xué)家關(guān)注。”郭光燦認(rèn)為,在目前乃至相當(dāng)一段時間里,該領(lǐng)域?qū)⑹菍W(xué)術(shù)界的“冷門”和“少數(shù)派”。

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

  “反哺”基礎(chǔ)命題

  郭光燦表示,當(dāng)新的實(shí)驗(yàn)事實(shí)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(yīng)運(yùn)而生。“這是我對量子力學(xué)第二次革命的期待。而當(dāng)務(wù)之急是運(yùn)用已發(fā)展的量子技術(shù)進(jìn)一步研究量子世界,發(fā)現(xiàn)更豐富的實(shí)驗(yàn)事實(shí),為探索新理論打下扎實(shí)基礎(chǔ)?!?/p>

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

  “在量子力學(xué)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(xiàn)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(xué)研究,所以不能迷信權(quán)威。

  “對量子力學(xué)‘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(xué)術(shù)研究空前自由活躍的時期,年輕人要有志氣抓住機(jī)遇去迎接這個歷史性挑戰(zhàn)?!?/p>

  (原載于《中國科學(xué)報》 2015-06-16 第1版 要聞)

打印 責(zé)任編輯:侯茜

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