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对于这场量子力学的“迷你曼哈顿计划”,你怎么看?

文/木易

谷歌微软又在“搞事情”,这一次是量子计算。据外媒报道,谷歌和微软将于近期宣布在量子计算领域的重大突破。

什么是“量子世界”?

对于绝大部分吃瓜群众来说,所见的物质世界已经超越了人脑的负荷。但总有那么一小撮太过卓越的人类,在人类无法用感官感知的,普通人连概念都无法认知,难以想象的复杂领域游刃有余。

量子世界,就是这样一个领域。

量子一词最早来自拉丁语quantus,意为“有多少”,代表“相当数量的某物质”,用在物理学概念上则最早由德国物理学家M·普朗克在1900年提出。自提出以来,经爱因斯坦、玻尔、德布罗意、海森伯、薛定谔、狄拉克、玻恩等人的完善,20世纪前半期初步建立了完整的量子力学理论体系。

爱因斯坦是第一个意识到普朗克关于量子的发现将要改写整个物理学的物理学家。为了证明他的观点,1905年,他提出光的行为有时像粒子,称这些粒子为“光量子”,现在这个词被称为光子,这个假说导致了光同时具有粒子和波的特性。

玻尔刚开始一直是光量子假说的最坚定反对者之一,直到1925年才接受这个观点。此后,量子力学革命在爱因斯坦和玻尔的研究方向上展开。

德布罗意的人生阅历颇为丰富,年少时是文艺青年,酷爱文学和历史,并在1910年获巴黎索邦大学文学学士学位。然而,原本成为一名历史学家的计划,却在一次关于光、辐射、量子性质等问题的讨论后改变,这场讨论激起了他对物理学的强烈兴趣。其后,他在量子力学上的成绩得到了爱因斯坦的肯定,其将光的波粒二象性观念进行了扩充,包括运动粒子。

1925年,海森伯提出矩阵力学,彻底废除了牛顿力学中的经典元素。1926年,玻恩提出量子力学应该被理解为没有任何因果联系的概率。1927年底,海森伯和玻恩在索尔维会议中宣布由爱因斯坦和玻尔掀起的量子力学革命结束。至此,量子力学正式成为一门学科。

薛定谔的主要贡献是在德布罗意物质波理论的基础上建立了波动力学,其中最为人所知的是“薛定谔的猫”思想实验,试图证明量子力学在宏观条件下的不完备性。然而,这个薛定谔本想要挫败量子力学的实验,却成为教授量子论的经典比喻,进而还延伸出平行宇宙等物理问题和哲学争议。

与薛定谔同时期,因为发现在原子理论里很有用的新形式,即量子力学的基本方程,狄拉克以“狄拉克方程”与薛定谔共享了1933年的诺贝尔物理学奖。

1927年布鲁塞尔第五届索尔维物理会议与会者合影(取自网络)

前排左起:朗缪尔,普朗克,居里夫人,洛伦兹, 爱因斯坦, 郎之万, 古耶, 威尔孙, 里查森

中排左起:德拜, 努森, 小布拉格, 克拉默斯, 狄拉克, 康普顿, 德布罗意, 玻恩, 玻尔

后排左起:皮卡德, 昂里奥, 埃伦费斯特, 赫尔岑, 德敦得尔, 薛定谔, 维沙菲尔特, 泡利

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