bob综合手机客户

bob综合手机客户: 教学

bob综合手机客户:通识讲坛:量子力学探秘

时间:bob综合手机客户-05-15 11:31:11  来源:通识教育部   编辑:张淼  作者:  点击: 次

5月9日晚,由通识教育部和德风书院联合举办的第37期通识讲坛在顺德校区国际会议厅举行。来自华南理工大学的吴国林教授主讲《量子力学探秘》。吴国林引用玻尔的名言开启了这场前沿、有趣的讲座——“任何人,没有被量子理论搞糊涂的话,就没有理解它。”这句话充分说明了量子力学是反经验、反直觉的。

微信图片_bob综合手机客户0514113838

了解量子力学,首先要认识量子。将微观世界中的粒子,包括原子、原子核、电子以及光子,都是微观粒子,都具有“量子”那样的性质。量子不是某种粒子,而是构成物质或能量的最基本单元的统称,比如,能量子、光量子等。“不可分割”是它的基本属性,所以不存在“半个”光子、“半个”电子……,近似地讲,能量或物质分到最小的那个部分,就是量子,而描述微观粒子的理论就叫“量子力学”。20世纪初,普朗克提出量子论、爱因斯坦提出光量子的概念,这些科学上的进展,在随后几十年里带来了核能、激光、新材料、新技术,以及信息时代。这是“第一次量子革命”。

吴国林通过量子力学的基本性质的探讨,让同学们认识量子世界与经典世界的区别。如经典世界的物质要么具有波的特性,要么具有粒子的特性;而波粒二象性是微观粒子的基本属性之一。微观粒子是具有波动性的实体(entity),在一定条件下表现为波动性,在一定条件下表现为粒子性。在经典世界中,我们能同时测出物体的位置和动量,因此能够精准预测物体接下来的运动情况;但是,在量子力学中,我们却不能同时确定(测准)微观粒子的位置和动量,也就无法推算它们未来的运动情况,这就是微观粒子的不确定原理。为了描述微观粒子的运动规律,薛定谔提出了微观粒子的波函数——它是指粒子在空间中某位置出现可能性的概率分布函数。“薛定谔的猫”思想实验说明了量子叠加效应,而“量子柴郡猫”揭示了微观粒子的物理属性可以和其本体(实体)分离的特点。“量子芝诺效应”表明,频繁地对一个不稳定体系进行量子测量会抑制(或阻止)它本该发生的衰变或跃迁。基于以上认识,现在物理学家可以对光子、原子等的量子状态进行主动操纵,按照我们的意图来进行设计。这催生出一个有巨大应用前景的新兴研究领域,叫“量子信息科学”。由此带来了包含量子调控与量子信息的“第二次量子革命”。

吴国林重点和大家探讨了量子信息和量子计算这两个前沿的话题。1993年,6位物理学家想出一个利用量子纠缠来传递量子信息的办法,即“量子隐形传态“,这是一种全新的通信方式,它传输的不再是经典信息而是量子态携带的量子信息。“量子纠缠”是粒子在由两个或两个以上粒子组成系统中相互影响的现象,即使相距遥远距离,一个粒子的行为将会影响另一个的状态——当其中一颗被操作而状态发生变化,另一颗也会即刻发生相应的状态变化。在量子纠缠的帮助下,待传输的量子态如同经历了科幻小说中描写的“超时空传输”,在一个地方神秘地消失,不需要任何载体的携带,又在另一个地方神秘地出现。而量子计算是建立在量子比特的基础上的。量子比特可以同时处于开和关的叠加状态。在传统的计算机当中,一个经典的开关,它能存储的数字只有0或1。而量子开关可以同时表示0和1。如果是两个量子开关,一次就能表示00、01、10、11这4个数字,依此类推,随着开关数的增加,经典系统一次表示的数字依然是一个,但量子系统一次表示的数字将会以指数的方式快速增加。如,当量子开关数达到20时,它一次能表示的数字就能超过100万。通过使用量子比特,算法能够同时并行处理多个可能性,从而实现比传统计算机更快的计算速度。只要在某些特定的问题上,量子计算机的能力超越了任何经典计算机,这就叫做“量子霸权”。

最后,吴国林提出了对于量子力学的哲学思考。爱因斯坦曾说:“科学并不就是一些定律的汇集,也不是许多各不相关事实的目录,它是人类头脑用其自由发明出来的观念和概念所作的创造。”哲学就是概念的创造、推理和系统化的学问。哲学是在科学结论的基础上,进行更一般的探究,是对于世界的整体把握。哲学可以付诸于对科学假设的批判,为实证研究开辟新的道路。

各式各样的量子哲学都试图从各自的视角探究宇宙最深奥的秘密。在哥本哈根理论看来,现实是什么完全依赖于我们对其的观察。只有当我们真正观察到了,我们才能有信心认为它的真实状态是什么。所以,真正的现实不是现实本身,而是我们看到了什么,而这又取决于我们如何去看。哥本哈根理论是一个具有深远影响的量子哲学,它还催生了量子力学的其它解释。如:埃弗里特提出的多世界解释,试图寻求一个没有意识介入的客观的量子力学;格里菲斯和盖尔曼发展了自洽历史理论;富克斯、沙克等人提出了量子贝叶斯模型,试图用概率论来重构量子力学的标准理论……

讲座结束,同学们还沉浸在量子力学的神秘世界中,就“量子力学与心电感应”、“量子力学与实证主义”与吴教授进行了热烈的探讨。

广州校区地址:广州市白云区沙太南路1023-1063号

顺德校区地址:佛山市顺德区容桂街道马岗大道33号

粤ICP备05084331号  南方医科大学版权所有
bob综合手机客户(合资)有限公司