首页
登录
注册
量子力学百年：从微观量子结构到宏观量子效应
The centenary of quantum mechanics：from microscopic quantum structures to macroscopic quantum effects
-
摘要:
20世纪理论物理学的发展主题为量子化，它是物理学“纵向层次跨越”与“横向范式演进”交汇的枢纽：在纵向维度上，量子化是跨越物质层次组元、解构物理规律的基本工具；多体系统量子化打破还原论单一模式，关注量子效应累计的宏观行为；在横向维度上，它推动了物理学从(经典)决定论到(量子)概率论的范式革命，确立了自然界随机性的微观量子本源。从科学发展逻辑的角度讲，量子力学诞生百年间历经三次量子化阶段：第一次(1925—1920年代末)将单粒子自由度量子化为不可对易算符，建立量子力学理论的基础框架；第二次(1930—1970年代末)将量子化拓展至多体系统与场，结合相对论建立量子场论。它解释了超导、超流等宏观量子现象，并引入序参量与自发对称性破缺的概念；第三次(1980年代后)对宏观序参量再次量子化，展示了宏观尺度上的量子相干效应，催生了超导量子计算等新领域。可以说，量子化不仅拓展了人类对世界的认知，而且重塑了现代技术文明根基，目前正在支撑众多高新技术体系加速演进。
-
关键词:
- 量子化 /
- 微观量子结构 /
- 宏观量子现象 /
- 宏观量子效应(隧穿) /
- 三次(序参量)量子化 /
- 自发对称性破缺
Abstract:The critical theme of development in theoretical physics in the 20th century was quantization. It also serves as the intersection hub of“vertical hierarchical leap”and “horizontal paradigm evolution”in physics. In the vertical dimension, quantization is a basic tool for crossing the components of material levels and deconstructing physical laws. The quantization of many-body systems breaks the singular paradigm of reductionism, and focuses on the macroscopic behavior resulting from the accumulation of quantum effects. In the horizontal dimension, it promotes the paradigm revolution of physics from classical determinism to quantum probability theory, establishing the microscopic origin of randomness in nature. From the perspective of the logic of scientific development, quantum mechanics has passed through three quantization stages over the past century since its birth. The first stage (1925 to the late 1920s) quantized the degrees of freedom of single particles into non-commuting operators, laying the basic framework of quantum mechanics. The second stage (1930s to 1970s) extended quantization to many-body systems and light fields, establishing quantum field theory combined with relativity. It explained macroscopic quantum phenomena such as superconductivity and superfluidity, and introduced the concepts of order parameter and spontaneous symmetry breaking. The third stage (after the 1980s) realized the re-quantization of macroscopic order parameters, demonstrating quantum coherence effects at the macroscopic scale and spawning new fields such as superconducting quantum computing. It can be said that quantization has not only expanded human understanding of the world but also reshaped the foundation of modern technological civilization. Currently, it is supporting the accelerated evolution of numerous hightech systems.
-
-
杨振 宁. International Conference on Theoretical Physics：TH- 2002，Paris，July 22-27，2002. Birkhäuser出版社，2003 杨振宁. 20世纪理论物理的三个主旋律：量子化、对称性和相位因子.见：曙光集，生活·读书·新知三联书店，2008 孙昌璞. 物理学报，2022，71(1)：010101 斯蒂芬·温伯格著，李泳译. 终极理论之梦. 长沙：湖南科学技术出版社，2018 斯蒂芬·温伯格著，黄艳华，江向东译. 仰望苍穹：科学反击文化敌手. 上海：上海科技教育出版社，2004 Weisskopf V F. Phys. Today，1967，20：23 Anderson P W. Science，1977，177：393 曹则贤. 物理，2024，53(12)：828; 2024，53(11)：761; 2024，53(10)：701; 2024，53(9)：626；2024，53(8)：551; 2024，53(4)：259 孙昌璞. 量子力学现代教程. 北京：北京大学出版社，2024 彭桓武. 物理，2001，30(05)：267 Heisenberg W. Z. Physik，1925，33：879 Born W，Jordan P. Z. Physik，1925，34：858 Dirac P A M. Proc. Roy. Soc. A，1925，109：642 Born M. Heisenberg W，Jordan P. Z. Physik，1926，35：557 Dirac P A M. Proc. Roy. Soc，A，1927，113：621 von Neumann J. Nachr. Ges. Wiss. Gottingen，Math. -Phys. Kl. 1927：1 Pauli W. Z. Physik，1926，36：336 Schrödinger E. Ann. Physik，1926，79：361，489，734; 80：437; 81：109 Schrödinger E. Ann. D. Physik，1926，387：734 孙昌璞. 科学文化评论，2013，10(1)：9 Born M. Z. Physik，37，863; 1926b，38，803 孙昌 璞. 物理 ，2017，46(8)：4812000，29(08)：457; 2001，30(05)：310 崔廉相，许康，张芃等. 物理，2023，52(1)：1 Weinberg S. The Quantum Theory of Fields，Volume II：Modern Applications. Cambridge University Press，2005 Dirac P A M. Proc. Roy. Soc. A，1928，118：610 Dirac P A M. Proc. Roy. Soc. A，1931，133：60 Dirac P A M. Proc. Roy. Soc. A，1927，114：243 孙昌璞，葛墨林. 经典杨—米尔斯场理论. 北京：高等教育出版社，2022 于敏. 量子光学讲义. 北京：北京大学出版社，2025 Glauber R J. Phys. Rev.，1963，130：2529 Glauber R J. Phys. Rev.，1963，131：2766 Leinaas J M，Myrheim J. Nucl. Phys. B，1977，37：1 Wilczek F. Phys. Rev. Lett.，1982，48：1144 Wu Y S. Phys. Rev. Lett.，1984，53：111 Liu C X，Qi X L，Dai X et al. Phys. Rev. Lett.，2008，101： 146802 Yu R，Zhang W，Zhang H J et al. Science，2010，329：61 Chang C Z，Zhang J，Feng X et al. Science，2013，340：167 Leggett A J. Progr. Theor. Phys. (Suppl.)，1980，69：80 Caldeira A O，Leggett A J. Phys. Rev. Lett.，1981，46：211 Bell J S. Physics Physique Fizika，1964，1：195 Leggett A J，Garg A. Phys. Rev. Lett.，1985，54：857 Devoret M H，Martinis J M，Clarke J. Phys. Rev. Lett.，1985，55： 1908 Martinis J M，Devoret M H，Clarke J. Phys. Rev. Lett.，1985，55： 1543 Schwartz D B，Sen B，Archie C N et al. Phys. Rev. Lett.，1985， 55：1547 Yu Y，Han S，Chu X et al. Science，2002，296：889 You J Q，Hu X，Ashhab S et al. Phys. Rev. B，2007，75： 140515(R) Koch J，Yu T M，Gambetta J et al. Phys. Rev. A，2007，76： 042319 Barends R，Kelly J，Megrant A et al. Phys. Rev. Lett.，2013，111(8)：080502 -
计量
- 文章访问数: 1221
- HTML全文浏览数: 1221
- PDF下载数: 36
- 施引文献: 0
下载: