负一的平方根、复相位与薛定谔

《负一的平方根、复相位与薛定谔》是杨振宁教授于1987年在英国帝国大学召开的薛定谔诞生100周年纪念会上所作的讲演,文章叙述了薛定谔把复数引入波动力学的历史,特别是他的1922年论文的重要性,并讨论了魏尔规范理论中的复数以及物理学家利用具有相位的复振幅去表述自然所取得的新成果。值得有兴趣的读者研读。     

德布罗意亲王

这些量子力学论文的作者们不承认指导波动力学创始人的物理直觉,这多少有点像不愿承认自己父母的孩子一样。     

爱因斯坦和量子力学

相对论和量子力学是现代物理学的两大支柱。爱因斯坦独自创立相对论已举世公认,但爱因斯坦对量子力学的贡献在流行的观点看来却无甚地位。《爱因斯坦和量子力学》一文从科学史角度阐明,爱因斯坦对作为量子力学基础的矩阵力学、波动力学、测不准关系和几率波解释的建立是作出了巨大贡献的。此文有助于读者了解爱因斯坦对量子力学建立所作出贡献的有关情况,以及爱因斯坦为寻求整个物理学的共同基础所作出的努力。本月14日是爱因斯坦诞生105周年,特刊此文,以志纪念。     

波动力学的兴起——纪念波动力学创立者L.德布罗意和E.薛定谔

波动力学这个术语,现已很少出现于通行的量子物理学教科书当中了,我们这个时代的人都不过将它看成是量子力学理论框架中一种描述的表象而已。但翻一翻历史,就可知道波动力学在量子理论的发展史上,实在是扮演了一个非同寻常的角色。二十年代中期,正当旧量子论“山穷水复疑无路”之时,是它首先异军突起,然后又与矩阵力学汇合一处,使量子论的发展进     

熵的意义

我以个人的一段回忆开始我的讲演.我曾有幸与埃尔文·薛定谔相遇.当时,他正在比利时格温特作一次学术报告(大约是在1938～1939年).正如各位所知,薛定谔是我们时代最伟大的物理学家之一:他是量子力学基本方程式之一的发现者,而且不仅如此,在另外一些领域他也有巨大的影响,仅只需提起发表在二次大战末期的他的划时代的著作《什么是生命》就可说明这一点.他的最后的著作《我的世界观》,则讨论了个体存在的本质这样一个基本的哲学问题:在作为一个整体的宇宙的演变中个体存在意味着什么?     

量子跃迁:“无用”研究背后的玄机

<正>自量子力学诞生以来,其数学形式,包括薛定谔方程本身都是精确可计算,并确定性地给出系统各种可能的本征状态。而历史上引起长期争论的焦点是以玻尔、海森堡为代表的哥本哈根学派的量子力学的统计诠释规则。这一规则认为,量子力学对客观世界的描述只能是统计性的,而不是确定性的,系统的客观状态应该是那些数学上允许的各种可能本征态的统计叠加,并隐含地假定系统在这些态之间的量子跃迁是随机且不连续的。     

行星原子

当量子理论最初正在发展的时候,玻尔提出一个原子模型,这样的原子有分立的电子,象行星围绕太阳运动一样围绕着原子核在轨道上运转,他的原子是以允许一个电子仅仅占据所有可能轨道中一个特定的次轨道而“量子化”的,后来量子力学或波动力学把电子散布成几率云,消除了电子象一个粒子一样作经典轨道运动的概念,然而,双电子原子光谱学最近的发展至少已经恢复玻尔最初概念的     

德布罗意的非线性波动力学

除了爱因斯坦被人誉为“哲学家和科学家”外,还有两位诺贝尔奖得主被人誉为“思想家和物理学家”,其中一位是尼耳斯·玻尔,另一位就是路易·德布罗意(Louis de Broglie)亲王。玻尔是“正统”量子力学纯几率诠释哥本哈根学派的领袖,德布罗意则是“非正统”波动力学因果诠释“法兰西学派”的创始人。德布罗意性格内向儒雅,很少走出国门。他作为思想家到底在思考些什么呢?他在追求一个什么样的目标呢?他与玻尔的分歧到底在哪里呢?     

探索复杂性,探索生命的奥秘

探索极端小的粒子世界,探索极端大的天体和宇宙,探索极端复杂的生命系统,是当代自然科学振奋人心的三个前沿阵地.和前两个前沿不同,支配复杂系统的基本力只是电磁作用,这里没有超出宏观物理学和微观原子理论的规律.然而正是这个前沿对人类生活产生了极其重大的影响.薛定谔在对量子力学的创建立下了不朽功勋之后,他的兴趣转向了生命现象.1943年2月薛定谔在英国三学院作了一系列讲演.据这些讲演,1944年出版了《生命是什么?——活细胞的物理观》的名著.在这本著作中薛定谔讲了三个问题.一是论述生命的热力学基础,提出生命是非平衡开放系,靠负熵为生的概念.二是论述生命的分子基础,     

现实版薛定谔猫探测量子边界

正近期的实验已经使得相对较大的物体进入量子态,从而阐明了普通世界从量子世界中出现的过程。薛定谔的猫从来都不是非常可爱,最近的小猫也不例外。超冷原子团或微观硅条的图像不太可能在互联网上呈现病毒式散播。尽管如此,这些不平常的物体还是值得留心,因为它们史无前例地清楚显示出,量子力学不仅仅是属于极端小物体的物理学。大致说来,"薛定谔的小猫"是尺     

从《生命是什么》到现代生物工程

五十年前 ,脱氧核糖核酸 (DNA)的双螺旋结构 问世 ,该模型的构建者J·沃森、F·克里克声称 :他俩之所以热衷于探索遗传物质的分子结构 ,乃得益于薛定谔的著作《生命是什么———活细胞的物理学观》 (以下简称为《生命》)的启示。书中有一些卓越的预见。从薛定谔发表这些见解 (1 94 3年 )到双螺旋模型建立正好十年。薛氏作为量子力学的主要创始人之一员 ,对生命本质问题作出深入思考 ,其影响可算不小 ;后人常称他为分子生物学的先驱者。五十年来 ,分子生物学崛起并发展 ,直至现代生物工程酝酿而形成 ,都离不开对于物理学的概念、原理以及…     

薛定谔改变了人们对生物学的态度

正他的著作《生命是什么?》出版75周年后影响犹存。1943年冬天,物理学家埃尔温·薛定谔(Erwin Schrodinger)邀请都柏林的公众收听他发表的一系列演讲,他称这些演讲是"艰深的""不能说得上是受欢迎的"。约有400人没有被吓倒,他们是第一批听到薛定谔提出他的观点的人。薛定谔提出的观     

量子物理对二十世纪自然科学的贡献——纪念尼耳斯·玻尔诞生100周年

一、近代物理的象征在尼耳斯·玻尔诞生100周年的今天,我们已目睹了量子物理学的辉煌成就和它所带来的巨大实际后果,和相对论不同,量子力学即使只算到它的基本建立,也要写上一长串光辉的名字:普朗克、爱因斯坦、玻尔、海森堡、德布罗意、薛定谔、玻恩、狄拉克、泡利、费米和费曼等等,但是玻尔有他特殊的作用,这     

任意依赖强度耦合的Jaynes-Cummings模型与薛定谔猫态

线性叠加原理是量子力学的基本特征之一.物质波的量子干涉正是此原理作用的结果.最近,人们对两个或多个不同相干态的叠加即薛定谔猫态作了许多研究.研究表明,由于量子相干性,叠加的相干态具有完全不同于原有相干态的性质.例如,高阶压缩特性以及亚泊松分布和振荡光子数统计,还有反聚束效应等等.由于这些非经典效应的出现,使得对薛定谔猫态的研究具有深刻的意义.对于它的产生已有许多不同的方法.本文则研究了如何利用共振和大失谐两种情况下的任意强度耦合的Jaynes-Cummings模型以产生薛定谔猫态.一般产生量子态的方法有两种.一种是给定一个合适的哈密顿和初态,利用么正演     

组合希尔伯特空间和代数——量子力学的数学基础

冯·诺依曼在他的名著《量子力学的数学基础》的序言中盛赞了狄拉克量子力学体系的无比美妙,但又指出了其数学上不够严密,于是提出了可分希尔伯特空间的厄密算子理论作为量子力学的数学基础。可是其严密性还是成问题的。这可从下列考虑得到说明:微观系统的一个纯态被看作是希尔伯特空间中的一个与表象无关的矢量,而每一个表象提供了该空间的一套基矢;表象的变换相当于基矢的转动;     

量子非局域、量子纠缠及其可能揭示的新物理

爱因斯坦等人提出的EPR佯谬和Bell隐变量理论揭示了量子力学两个相互关联的重要特性:非局域性和量子纠缠.它们使得微观量子系统之间可以建立非局域的超越经典的关联.非局域性和量子纠缠是量子力学最本质的特征.这些性质的发现不仅为解决量子力学的基本问题提供了可能,同时也揭示了量子力学不同于其他力学的根本所在,为研究量子力学与经典力学、相对论之间的关系与融合提供了新的洞察.量子非局域性和量子纠缠还提供了研究多体物理(新的拓扑相)的新工具.     

测量角度下的平行宇宙

从测量的宏观、微观两个角度分别引出平行宇宙的概念。从宏观的角度,回顾了古代由于恒星视差的消失引起的恒星测距的难题。介绍了近代的标准烛光测量法、哈勃的宇宙尺度红移测量法,以及大爆炸宇宙假说战胜稳恒态宇宙假说。最终,由宇宙暴胀理论引出第一层平行宇宙和第二层平行宇宙。从微观的角度,由牛顿炼金术的失败引出4种基本力和量子力学。介绍基本粒子的测量不确定性以及薛定谔提出的波函数。对波函数诠释的主流思想是标准的哥本哈根解释,而埃弗雷特特的平行宇宙解释引导出的第三种平行宇宙,即量子力学的平行宇宙,目前逐渐被广泛地接受     

海森伯：执着与顽固

沃尔纳·海森伯是20世纪最伟大的物理学家之一,他也是属于20世纪最有争议的人物之一。在刚刚20岁时,他就已经是少数几个很有才华的青年人之一,他们创立了量子力学,即原子的基础物理学;他也成了核物理学和基本粒子研究的领袖人物之一。他最著名的成就是测不准原理,那是关于量子力学之意义和应用的所谓哥本哈根诠释的一个部分。     

海森伯:执着与顽固

沃尔纳·海森伯是20世纪最伟大的物理学家之一,他也是属于20世纪最有争议的人物之一.在刚刚20岁时,他就已经是少数几个很有才华的青年人之一,他们创立了量子力学,即原子的基础物理学;他也成了核物理学和基本粒子研究的领袖人物之一.他最著名的成就是测不准原理,那是关于量子力学之意义和应用的所谓哥拳哈根诠释的一个部分.     

黑洞信息佯谬

与经典物理相比而言，量子物理的最大特点在于它是非决定论的。为此，尽管爱因斯坦为量子论的创建作出了重大贡献，他却一直不喜欢量子力学，尤其反对量子力学的哥本哈根诠释，并用这样一句话来表达自己的反感：“上帝不掷骰子。”霍金(S．Hawking)是一个将量子力学应用到黑洞理论中的始作俑者。霍金在