量子力學(xué)將迎“二次革命”
■本報記者 趙廣立
“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。”中科院院士、中科院量子信息重點實驗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 style="height:15px;">
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)。
“新實驗方法和手段的出現(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)問題進行實驗研究成為可能。”郭光燦說。
于是，在量子力學(xué)將進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”，因為沒人知道。
“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?！惫鉅N說，愛因斯坦認為，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；而堅持“眼見為實”的玻爾認為，量子世界是虛幻的，只有對量子世界進行測量后的結(jié)果才是真實的。
虛擬的微觀世界如何筑成真實的宏觀世界？玻爾并未給出令人信服的解釋，愛因斯坦也沒找到能被實驗證實的更完備理論。
100年來，以玻爾為首的“哥本哈根學(xué)派”被認為是量子力學(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——光的波粒疊加實驗”和“弱測量直接觀測波函數(shù)”挑戰(zhàn)了玻爾的互補原理和“波函數(shù)非物理實在”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。”韓永建說，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行實驗檢驗。
郭光燦表示，量子力學(xué)“二次革命”的號角吹響于2014年。為紀念貝爾不等式50周年，《自然—物理》雜志發(fā)表量子力學(xué)?？?，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?！惫鉅N認為，在目前乃至相當一段時間里，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（特別是實驗）物理學(xué)家的重視，這個領(lǐng)域在5～10年內(nèi)會有重要進展?！?div style="height:15px;">
郭光燦表示，當新的實驗事實積累到某種程度時，人類中的“愛因斯坦二世”就會誕生，新理論將應(yīng)運而生?！斑@是我對量子力學(xué)第二次革命的期待。而當務(wù)之急是運用已發(fā)展的量子技術(shù)進一步研究量子世界，發(fā)現(xiàn)更豐富的實驗事實，為探索新理論打下扎實基礎(chǔ)。”
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。”郭光燦說：“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遇去迎接這個歷史性挑戰(zhàn)。”
