学术活动

2017年暑期学校-量子力学基本观念的实验基础

在为期五天的暑期学校之中,南京大学匡亚明学院的大一学生迎来了中国科学技术大学的张永德老先生做关于量子力学的讲座。张永德教授毕业于北京大学技术物理系,现为中国科技大学5名特聘“课程讲座教授”之一,著有《量子力学》、《高等量子力学》、《量子力学菜根谭》等知名著作。在这次的暑期课程中,他不谈末技,直指大道,以鞭辟入里的见解为我们描绘了一幅泼墨般的量子力学宏景图,恣意汪洋却不失系统,随心所欲却不逾方圆。

一开始,张教授并没有急着展开量子力学的讨论,而是高屋建瓴,以一位长者的身份向同学们传授人生经验,指出了一般人学习的误区以及思辨能力的层次划分。大盈若冲,其用不穷。此课所授,看似无用,却事实上是返璞归真之后的大成智慧。他告诉同学们:“做学问的最高标准,是好玩;做人的最高标准,是自在。我学物理学不后悔,如果再给我一次机会让我选择,我要么选物理,要么选生物物理。”并动情地吟道:“处世真谛得自在,治学化境见童心。”此外,他还辩证地分析了物理学与其他自然科学乃至哲学、宗教的关系,并且批判了国内外部分学者治学的偏颇。

后来张教授将近代自然科学中许多学者常犯的三种错误形象地比作“三重雾霾”:“可道之道”的扭曲、“人择原理”的局限和“经典观念”的束缚。

“可道之道”,即“无中生有之物”。Poincare曾说:“集合点其实是人类的幻想”、“几何学不是真实的,但是是有用的。”诚然,引入Descartes 坐标、无穷大、无穷小、数的连续、极限、微积分等等一系列人造之概念在处理传统的经典力学时为我们带来了诸多便利,但在量子维度的视角下,如果还牢牢抓着质点、位置本征态等一系列观念不放,就难免走入歧途。

在讲述“人择原理”的概念时,张教授形象地将微观尺度比作一个面如纸薄、天真烂漫的小女孩,而将经典的宏观尺度比作一个我行我素,天不怕地不怕的小男孩。当你去观测小男孩时,不管你怎么作弄、逗趣他,他永远没心没肺地该哭哭,该笑笑。而当你去观测小女孩时,你如果板起面孔吓她一下,她就立刻眼泛泪光,低下头小声啜泣;当你耐下性子来好言细语哄她,她又马上破涕为笑,左脸颊上漾出一个小酒窝,一双大眼也弯成月牙状。因此如果观测过程干扰了观测对象,则所看到的东西也只是干扰之后的,而不是干扰之前的。由此来理解单电子双缝干涉实验就会豁然开朗。当没有观测者时,,电子以波函数的形式,同时从两条缝中穿过,大量样本形成的图样为双缝干涉图样。而一旦有观测者时,电子的波函数就会坍缩,变成从某一缝中穿过。

“经典观念”的概念不用赘述,笔者认为追根究底,这层雾霾的根源其实还在于第一层雾霾,即当先辈们创造的饱含滚烫炽热的想象力与激情的“可道之道”在漫长的历史中慢慢冷却下来,风干,被打磨雕琢成神像顶礼膜拜之后,后人往往因循守旧,再难跳脱出现有的范式。

在扫清外围概念之后,张教授带领同学从杨氏双缝、热中子干涉亮度学、惠勒延迟选择实验、Stern-Gertach银原子自旋实验等一系列问题入手,在实验的具体例证中加强同学对量子力学的理解。

一位同学表示,在听完张老先生的讲座后,他懵懵懂懂之间似乎明白了什么,但又像隔着一层迷雾,什么都没有明白。对此他表示也许在学完量子力学和量子场论之后再回过头来看,那时候可能才能真正理解张教授的境界。

(文/董昱江  图/王诗尧)


点击次数:10 更新时间:2017-07-26【打印此页】【关闭】