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量子力學基本概念范文第1篇

【關鍵詞】量子力學；實驗教學；改革

中圖分類號：041 文獻標識碼：A 文章編號：1006-0278（2013）04-193-01

一、引言

作為現代物理學和現代科學技術的理論基礎，量子力學將物質的波動性與粒子性統一起來，是研究微觀粒子運動規律的物理學分支學科。很多教師在上課時只著重于講授理論體系本身的知識，往往忽略了理論和實驗的緊密聯系，從而導致它的實驗建設一直是本課程建設的薄弱環節。充分考慮到該門課程的性質和特點，我們在教學中借鑒了工科教學的模式重點圍繞“培養學生物理應用的慣性意識與掌握量子力學基本概念和規律”的目標開展了三類不依賴于儀器設備和環境條件的實驗，以切實貫徹“德育為先、能力為重”和“育人為本”的原則。

二、量子力學的實驗教學

為了讓學生從思想上接受并理解量子觀念，在學習中透過復雜的數學計算深入理解量子力學的概念和規律，并能主動積極地思考、解決相關問題，我們構建了由思想、演示與創新性實驗組成的課內課外教學平臺，以輔助量子力學的理論教學過程。

思想實驗，又稱“假想實驗”，是人類按照科學研究的實驗過程在頭腦中進行的發現和獲取科學事實與自然規律的邏輯思維活動，是自然科學家和哲學家經常使用的一種十分有效的研究方法。由于不會受到主客觀條件及儀器設備的操作限制，思想實驗可以為學生的思維互動啟發提供有利的平臺。事實上，在量子力學建立與發展的過程中，很多思想實驗都起到了重要的推動作用。例如作為量子力學的創始人之一，奧地利物理學家埃爾溫?薛定諤提出了著名的“薛定諤之貓”的思想實驗，它將量子理論微觀領域中原子核衰變的量子不確定性與宏觀領域中貓的生死聯系在了一起，充分體現了量子力學的奇異性。通過在課堂教學中講授諸如此類的思想實驗可以給學生提供一個動腦“做”理論的機會，這樣不僅可以使學生從理性的角度接受量子力學的基本思想并深入理解量子力學的基本概念和基本理論，還可以激發他們對課程的學習興趣，在無形中培養他們的理性思維、邏輯思維、創新意識和推理能力。

演示實驗，即教師在課堂上借助視頻、計算機模擬等手段演示實驗過程，展示物理現象，引導學生觀察、思考、分析并得出結論的過程。量子力學的建立離不開很多重要實驗的支撐，如黑體輻射、光電效應等。其中一些實驗由于條件及經費的限制目前無法在實驗室開展，所以我們可以充分利用豐富的網絡資源及Matlab等數學軟件構建演示實驗的平臺，給學生提供一個動眼“做”理論的機會。一方面，通過播放演示實驗的視頻重現實驗過程，加強引導學生對實驗的條件、思路和方法等進行思考和分析，培養學生的實驗素養和強化他們的實驗技能，幫助他們增加感性認識，使他們體會科學的發展過程，克服抽象的物理圖景給他們帶來的困擾。另一方面，通過利用數學軟件實現對量子力學課程中一些問題的靜、動態數值模擬，將抽象的量子力學結果形象直觀化，幫助學生透過復雜的數學公式推導深入、形象地認識微觀粒子的特征，使他們深入理解量子力學的基本原理和基本概念，提高他們運用物理思想進行綜合分析的能力。

知識的獲得是為了更好地服務于實踐，因此為了讓學生能將量子力學中所學到的基本理論運用于實踐，我們在該門課程的教學中還開設了創新性實驗，為學生提供動手“做”理論的機會。首先教師在課堂的教學中始終貫徹科研促教學的思想，有意識地結合具體的教學內容進行近代物理前沿知識的滲透。然后鼓勵學生根據自己的實際情況與興趣并結合畢業論文自由組合選擇相應的小課題在教師的指導下進行專題研究，同時對于一些學生在平時教學過程中反映出來的理解上比較模糊或難以理解的部分定期組織專題討論。該類實驗的開設為學生提供了實踐的自由發揮空間，可以初步培養學生的數理分析能力與結合自己的興趣自我發現問題并解決與專業相關領域實際問題的能力及撰寫科研論文的能力，同時還增強了學生對量子力學課程學習的興趣和團結協作精神。

量子力學基本概念范文第2篇

這是一部對于量子力學教科書很有價值的補充教材。它對當代物理學的一般理論框架給出了獨特的介紹。這種介紹的焦點集中于概念性的、認識論的和本體論的各個方面的問題。通過追求如下一些問題的答案來發展理論：什么使物質實體一旦形成則既不會坍縮也不會急劇膨脹？什么使得由不“占據空間”的客體（例如粒子物理標準模型中的夸克和膠子）組成的“占據空間”的客體成為穩定的？如此表現出的物質的穩定性成為為什么物理學定律具有它們現有的特殊形式的理由。這些問題是本書關注的中心問題，作者認為這個問題的部分答案是：量子力學。

全書共分3部分23章。第1部分，概述，主要介紹通向薛定諤方程的兩種途徑：歷史的途徑和費曼的路徑積分方法。為理解相關的理論概念，簡略地介紹了一些必要的數學，包括狹義相對論等，力求讓讀者熟悉基礎。含第1-7章：1.概率：基本概念和定理；2. “舊”量子論的簡略歷史；3. 數學的一些插敘；4，“新”量子論的簡略歷史；5. 通向薛定諤的費曼途徑（第一階段）；6. 狹義相對論簡介；7. 通向薛定諤的費曼途徑（第二階段）。第2部分：深度探討，從穩定客體的存在導出量子力學的數學形式。含第8-15章：8. 為什么要量子力學； 9. 經典的力：效果； 10. 經典的力：原因；11. 再談量子力學；12. 自旋；13. 復合系統； 14. 量子統計； 15. 相對論粒子。第三部分：含義，含第16-23章：16. 缺陷； 17. 評價策略；18. 量子世界空間的方方面面； 19. 微觀世界； 20. 物質問題； 21. 表現形式；22. 為什么物理定律恰是如此；23. 量子（quanta）和吠檀多（vedanta）（古代印度哲學中一直發展至今的唯心主義理論）。書末尾有一個附錄，給出了挑選的一些習題的解答。

本書是作者多年來在印度給大學生講授側重于哲學的當代物理學課程的基礎上形成的。本書包括某些概念上新的陳述，盡量做到使這種陳述自成完整的體系，而且盡可能的簡單，以適合廣泛的讀者使用。

這是一部從哲學觀點討論現代物理學諸方面問題的專著，作者敘述的內容范圍非常廣泛，但已經盡可能地簡略。對于從事理論物理的教學及相關方面的研究人員是一本很好的參考書。

量子力學基本概念范文第3篇

關鍵詞：量子力學；經典科學世界圖景；非機械決定論；整體論；復雜性；主客體互動

Abstract:Asoneofthreerevolutionsofphysicsin20thcentury,quantummechanicshasgreatlytransformedtheworldviewofclassicalscienceinmanyaspects.Quantummechanicsbreaksthoughthemechanicaldeterminisminclassicalscience,transformingitintononmechanicaldeterminism;itchangesscientificcognitiveprocessfromthetheoryofreductionismtothetheoryofwholism;itshiftsthewayofthinkingfrompursuingsimplicitytoexploringthecomplexity;italsoestablishestheinteractionbetweensubjectandobjectinscientificresearches.

Keywords:quantummechanics;worldviewofclassicalscience;nonmechanicaldeterminism;wholism;complexity;interactionbetweensubjectandobject

經典科學基本上是指由培根、牛頓、笛卡兒等開創的，近三百年內發展起來的一整套觀點、方法、學說。經典科學世界圖景的最大特征是機械論和還原論，片面強調分解而忽視綜合。以玻爾、海森伯、玻恩、泡利、諾伊曼等為代表的哥本哈根學派的量子力學理論三部曲：統計解釋—測不準原理—互補原理所反映的主要觀點是：微觀粒子的各種力學量（位置、動量、能量等）的出現都是幾率性的；量子力學對微觀粒子運動的幾率性描述是完備的，對幾率性的原因不需要也不可能有更深的解釋；決定論不適用于量子力學領域；儀器的作用同觀察對象具有不可分割性，確立了科學活動中主客體互動關系。[1]量子力學的發展從根本上改變了經典科學世界

圖景。

一、量子力學突破了經典科學的機械決定論，遵循因果加統計的非機械決定論

經典力學是關于機械運動的科學，機械運動是自然界最簡單也是最普遍的運動。說它最簡單，因為機械運動比較容易認識，牛頓等人又采取高度簡化的方法研究力學，獲得了空前成功；說它最普遍，因為機械力學有廣泛的用途，容易把它絕對化。[2]機械決定論是建立在經典力學的因果觀之上，解釋原因和結果的存在方式和聯系方式的理論。機械決定論認為因和果之間的聯系具有確定性，無論從因到果的軌跡多么復雜，沿著軌跡尋找總能確定出原因或結果；機械決定論的核心在于只要初始狀態一定，則未來狀態可以由因果法則進行準確預測。[3]其實，機械決定論僅僅適用于宏觀物體，而對于微觀領域以及客觀世界中大量存在的偶然現象的研究就產生了統計決定論。[4]

量子力學是對經典物理學在微觀領域的一次革命。量子力學所揭示的微觀世界的運動規律以及以玻爾為代表的哥本哈根學派對量子力學的理解，同物理學機械決定論是根本相悖的。[5]按照量子理論，微觀粒子運動遵守統計規律，我們不能說某個電子一定在什么地方出現，而只能說它在某處出現的幾率有多大。

玻恩的統計解釋指出，因果性是表示事件關系之中一種必然性觀念，而機遇則恰恰相反地意味著完全不確定性，自然界同時受到因果律和機遇律的某種混合方式的支配。在量子力學中，幾率性是基本概念，統計規律是基本規律。物理學原理的方向發生了質的改變：統計描述代替了嚴格的因果描述，非機械決定論代替了機械決定論的統治。

經典統計力學雖然也提出了幾率的概念，但未能從根本上動搖嚴格決定論，量子力學的沖擊則使機械決定論的大廈坍塌了。量子力學揭示并論證了人們對微觀世界的認識具有不可避免的隨機性，它不遵循嚴格的因果律。任何微觀事件的測定都要受到測不準關系的限定，不可能確切地知道它們的位置和動量、時間和能量，只能描述和預言微觀對象的可能的行為。因此，量子力學必須是幾率的、統計的。而且，隨著認識的發展，人們發現量子統計的隨機性，不是由于我們知識和手段的不完備性造成的，而是由微觀世界本身的必然性（主客體相互作用）所注定。

二、量子力學使得科學認識方法由還原論轉化為整體論

還原論作為一種認識方法，是指把高級運動形式歸結為低級運動形式，用研究低級運動形式所得出的結論代替對高級運動形式的本質認識的觀點。它用已分析得出的客觀世界中的主要的、穩定的觀點和規律去解釋、說明要研究的對象。其目的是簡化、縮小客體的多樣性。這種方法在人類認識處于初級水平上無疑是有效的。如牛頓將開普勒和伽利略的定律成功地還原為他的重力定律。但是還原論形而上學的本質，以及完全還原是不可能的，決定了還原論不能揭示世界的全貌。

量子力學認為整體與部分的劃分只有相對意義，整體的特征絕非部分的疊加，而是部分包含著整體。部分作為一個單元，具有與整體同等甚至還要大的復雜性。部分不僅與周圍環境發生一定的外在聯系，同時還要表現出“主體性”，可將自身的內在聯系傳遞到周邊，并直接參與整體的變化。因而，部分與整體呈現了有機的自覺因果關系。在特定的臨界狀態，部分的少許變化將引起整體的突變。[6]

波粒二象性是微觀世界的本質特征，也是量子論、量子力學理論思想的靈魂。用經典觀點來看，也就是按照還原論的思想，粒子與波毫無共同之處，二者難以形成直觀的統一圖案，這是經典物理學通過部分還原認識整體的方法，是“向上的原因”。可是微觀粒子在某些實驗條件下，只表現波動性；而在另一些實驗條件下，只表現粒子性。這兩種實驗結果不能同時在一次實驗中出現。于是，玻爾的互補原理就在客觀上揭示了微觀世界的矛盾和我們關于微觀世界認識的矛盾，并試圖尋找一種解決矛盾的方法，這就是微觀粒子既具有粒子性又具有波動性，即波粒二象性。這就是整體論觀點強調的“向下的原因”，即從整體到部分。同樣，海森伯的測不準原理說明不能同時測量微觀粒子的動量和位置，這也說明絕不能把宏觀物體的可觀測量簡單盲目地還原到微觀。由此我們可以看出，造成經典科學觀與現代科學觀認識論和方法論不同的根本在于思考和觀察問題的層面不同。經典科學一味地強調外在聯系觀，而量子力學則更強調關注事物內部的有機聯系。所以，量子力學把內在聯系作為原因從根本上動搖了還原論觀點。

三、量子力學使得科學思維方式由追求簡單性發展到探索復雜性

從經典科學思維方式來看，世界在本質上是簡單的。牛頓就說過，自然界喜歡簡單化，而不喜歡用什么多余的原因以夸耀自己。追求簡單性是經典科學奮斗的目標，也是推動它獲取成功的動力。開普勒以三條簡明的定律揭示了看似復雜的太陽系行星運動，牛頓更是用單一的萬有引力說明了千變萬化的天體行為。因而現代科學是用簡單性解釋復雜性，這就隱去了自然界的豐富多樣性。

量子力學初步揭示了客觀世界的復雜性。經典科學的簡單性是與把物理世界理想化相聯系的。經典物理學所研究的是理想的物質客體。它不但用理想化的“質點”、“剛體”、“理想氣體”來描述物體，而且把研究對象的條件理想化，使研究的視野僅僅局限于人們自己制定的范圍之內。而客觀世界并不是如此，特別是進入微觀領域，微觀粒子運動的幾率性、隨機性；觀測對象和觀測主體不可分割性等都足以說明自然界本身并不是我們想象的那么簡單。

在現代科學中，牛頓的經典力學成了相對論的低速現象的特例，成為非線性科學中交互作用近似為零的情況，在量子力學中是測不準關系可以忽略時的理論表述。復雜性的提出并不是要消滅簡單性，而是為了打破簡單性獨占的一統地位。復雜性是把簡單性作為一個特例包含其中，正如莫蘭所說的，復雜性是簡單性和復雜性的統一。復雜性比簡單性更基本，可能性比現實性更基本，演化比存在更基本。[7]今天的科學思維方式，不是以現實來限制可能，而是從可能中選擇現實；不是以既存的實體來確定演化，而是在演化中認識和把握實體。復雜性主張考察被研究對象的復雜性，在對其作出層次與類別上的區分之后再進行溝通，而不是僅僅限于孤立和分離，它強調的是一種整體的協同。

四、量子力學使科學活動中主客體分離邁向主客互動

經典科學思維方式的一個指導觀念就是，認為科學應該客觀地、不附加任何主觀成分地獲取“照本來樣子的”世界知識。玻爾告訴人們，根本不存在所謂的“真實”，除非你首先描述測量物理量的方式，否則談論任何物理量都是沒有意義的！測量，這一不被經典物理學考慮的問題，在面對量子世界如此微小的測量對象時，成為一個難以把握的手段。因為研究者的介入對量子世界產生了致命的干擾，使得測量中充滿了不確定性。在海森伯看來，在我們的研究工作由宏觀領域進入微觀領域時，我們就會遇到一個矛盾：我們的觀測儀器是宏觀的，可是研究對象卻是微觀的；宏觀儀器必然要對微觀粒子產生干擾，這種干擾本身又對我們的認識產生了干擾；人只能用反映宏觀世界的經典概念來描述宏觀儀器所觀測到的結果，可是這種經典概念在描述微觀客體時又不能不加以限制。這突破了經典科學完全可以在不影響客體自然存在的狀態下進行觀測的假定，從而建立了科學活動中主客體互動的關系。

例如，關于光到底是粒子還是波，辯論了三百多年。玻爾認為這完全取決于我們如何去觀察它。一種實驗安排，人們可以看到光的波現象；另一種實驗安排，人們又可以看到光的粒子現象。但就光子這個整體概念而言，它卻表現出波粒二象性。因此，海森伯就說，我們觀測的不是自然本身，而是由我們用來探索問題的方法所揭示的自然。[8]

量子力學的發展表明，不存在一個客觀的、絕對的世界。唯一存在的，就是我們能夠觀測到的世界。物理學的全部意義，不在于它能夠描述出自然“是什么”，而在于它能夠明確，關于自然我們能夠“說什么”。

參考文獻：

[1]林德宏.科學思想史[M].第2版.南京：江蘇科學技術出版社，2004：270-271.

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[4]宋偉.因果性、決定論與科學規律[J].自然辯證法研究，1995,11(9)：25-30.

[5]彭桓武.量子力學80壽誕[J].大學物理，2006，25(8)：1-2.

[6]疏禮兵，姜巍.近現代科學觀的演進及其啟示[J].科學管理研究，2004,22(5)：56-58.

量子力學基本概念范文第4篇

關鍵詞：量子力學 教學改革 物理思想

“量子力學”作為學習“固體物理”、“材料科學”、“材料物理與化學”和“激光原理”等課程的重要基礎，同時也是物理學專業及相關工科專業最核心的基礎課程之一。20世紀，“量子學說”被作為物理科學研究和人類文明進步的標志性貢獻，引起了廣泛地重視。通過對量子學說的學習，能夠使學生充分利用到所學的理論知識，對問題進行分析和尋求解決方法，提高學生的科學素質和培養其創新能力。盡管如此，但該門課程所涉及的內容較為空洞、抽象，對學生學習造成阻礙，使學生喪失了學習的興趣，學生也很難熟練掌握量子學說課程的要點。因此，培養學生的學習興趣是提高教學質量和教學水平的關鍵，但是如何調動學生課堂學習的積極性，成為了廣大教師很棘手的問題。筆者根據近幾年的教學模式，綜合長江大學（以下簡稱“我校”）的教學現狀，在“量子學說”教學方面，整理出一套符合我校教學實際的改革和嘗試，并取得了較好的效果。

1.“量子力學’’教學內容的改進。量子學說的理論與以往所學的傳統物理體系大有不同，重點表現在處理問題的方式上，但是卻又與傳統物理有著不可分割的關系，可以說，量子學說中很多的概念和理論都來源于傳統的物理學說。這就要求在學習量子學說的同時，既要摒棄以往學習物理形成的固有思考方式，又要遵循某些與傳統物理中相通之處的原理和學習法則。然而，這種思維上的反差必然導致學生在學習時的困惑，除此之外，量子學說較強的理論性也誤導學生陷于數學公式推導的煩惱中，從而使學生喪失了學習興趣。根據這些教學中存在的問題，筆者提出了以下相應的有益改進。

（1）知識條理化，強化知識背景，增強趣味性。量子學說從誕生到最終建立，每一步的發展都經過了縝密、細致、實事求是的分析，并不斷地完善和改進。通過介紹量子學說的發展背景，引起學生的學習興趣，并有利于學生明確量子學說與傳統物理之間的區別，同時讓學生在發展歷程中尋找合適的學習方法，有利于培養學生的科學思維能力。在解釋某些理論和原理時，可以穿插講述其歷史背景，方便學生理解。通過這種方式，既能讓學生掌握理論知識，又有利于學生區分量子學說與傳統物理的區別[1]。

（2）重在物理思想，壓縮數學推導。數學在其相關學科的運用，所起到的作用只是一種輔助工具。在物理研究中也不例外，如果過分強調數學的地位和作用，只會本末倒置。因此，在教學過程中，教師應著重加強基本概念和蘊含的區里實質，而不能將物理思想埋沒在數學公式之中，應把重點放在物理意義和實際運用上，只有這樣，學生才能保持較好的學習熱情。

2.教學方法改革。傳統的教學模式使學生一直處于被動接受知識的狀態下，抑制了學生自主學習的主動性，不僅不利于學生對知識的獲取，更阻礙了其創新思維的培養，而且量子學說的理論抽象，很難被學生理解，傳統的教學方法，無法被學生接受，并會引起學生的反感，甚至厭學。如此一來，必然打擊學生學習的主動性，更降低了學習效率。為了促進學習效率，提高學生學習興趣，培養其科學素養，筆者在教學模式上，探索出一些有效的措施。

（1）發揮學生主體作用。教師在課堂學習中有著舉足輕重的作用，除了傳授學生知識以外，還有著更重要的引導作用。在講解完規定的教學任務之外，還應設定教師與學生的互動環節，通過創設問題情景，引導學生進行思考和分析，使學生對所學的知識進行歸納總結。另外，還可以通過以問題的形式結束未講授的內容，引起學生的興趣，并鼓勵學生課下利用課外資源尋求答案；還可以以小組的形式，讓學生團結合作，對感興趣的物理理論進行探討分析，并完成相關的小組論文。

（2）注重構建物理圖像。由于物理理論都比較抽象，不利于理解，所以構建圖像很重要，它不僅能夠完整地表達所要傳達的信息，而且能夠方便學生理解和記憶。圖像簡潔、清新的特點，使學生更熟練地掌握物理圖像的構建能力，對培養學生的創新思維也有促進作用。

3.教學手段和考核方式改革。（1）用多種先進的教學模式。采用小組討論課，可安排小組內討論，然后是小組之間進行辯論，最后由教師對辯論進行點評和更正。例如，在講到微觀粒子的波函數時，有的學生認為是全部粒子組成波函數，有的學生認為是經典物理學的波。這些問題的討論激發了學生的求知欲望，從而進一步激發了學生對一些不易理解的概念和量子原理進行深入理解，直至最后充分理解這些內容。另外布置課外論文和邀請知名專家進行講座都是不錯的方式。

（2）堅持研究型教學方式。教學中不再單一地只講授課堂知識，而是把科研融入到課堂學習之中，結合最新的科研動態，向學生介紹所學的原理在其相關領域中的運用，以引起學生的興趣。

（3）將人文教育與專業教學相結合。量子概念誕生于1900年，它首次由德國物理學家普朗克引入；1905年，愛因斯坦進一步完善了量子的概念；1913年，玻爾將量子化概念引入到原子中；1924年，德布羅意通過量子的概念提出微觀粒子具有波粒二象性；由此可見，物理學史上，力學從誕生到發展所蘊含的創新思維是迄今為止任何一門學科都難以比擬的，教師和學生一起回顧量子力學的發展之路，讓學生了解到量子力學的魅力所在，啟發學生的創新思維。

量子力學基本概念范文第5篇

分子與梨子間有個邊界，在那兒量子力學的奇特行為消失，出現我們熟悉的古典物理行為。量子力學只適用于微小世界的這種印象，普遍存在于人們的科學知識里。例如，在暢銷名著《優雅的宇宙》的第一頁，美國哥倫比亞大學的物理學家布賴恩·格林提到，量子力學“提供一個理論架構，讓我們理解最小尺度下的宇宙”。古典物理（涵蓋量子以外的所有理論，包括愛因斯坦的相對論）則負責最大尺度的世界。

然而，對世界做這種方便的切割，其實是種迷思。很少有現代物理學家會認為古典物理和量子力學具有同等的地位，古典物理應該只是具有量子本質的世界（不論大小）的一種有用近似。雖然在宏觀世界可能比較難看到量子效應，但原因基本上跟大小無關，而是跟量子系統彼此作用的方式有關。

一直到十幾年前，實驗學者仍未證實量子行為可以出現在大尺度系統，如今這已是家常便飯。這些效應比任何人所想的都還要普遍，甚至可能出現在我們身體的細胞里。

即使是我們這些靠研究這類效應吃飯的人，也還沒完全理解它所教給我們的、關于自然運作的方式。量子行為很難可視化，也不容易以常識理解。它迫使我們重新思考觀察這宇宙的方式，并接受一個新穎又陌生的世界圖像。

纏結難解的故事

對量子物理學家而言，古典物理是全彩世界的一個黑白影像，無法完整呈現這個豐富的世界。在舊教科書的觀點里，當尺度一變大，色調就不再豐富。個別粒子具量子性質，一堆粒子則變為古典。

然而，關于尺寸并非決定性因素的第一個線索，可以追溯到物理學歷史上最有名的思想實驗之一：薛定諤的貓。

1935年，薛定諤想出一個病態的情節來說明微觀與宏觀世界是連在一起的，我們無法畫出界線。量子力學說，放射性原子可以同時處于衰變及未衰變的狀態；若將原子與一瓶可以殺死貓的毒藥扯上關系，使得原子衰變會導致貓死亡，則貓會如同原子般處于模棱兩可的量子態。怪異性質由一個感染到另一個，大小在此并不重要，問題是為何貓的主人都只會看到他們的寵物非死即活？

以現代的觀點，世界看起來像古典的，是因為物體與環境間復雜的交互作用將量子效應掩藏了起來。例如，貓的生死信息通過光子和熱交換，迅速滲漏到環境里。量子現象會牽涉到不同古典狀態的組合（例如同時死與活），而這種組合會很快散逸掉。這種信息的滲漏便是“去同調”過程的基礎。

大的東西比小的容易去同調，這就是為什么物理學家通常可以只把量子力學當成微觀世界的理論。但在許多例子里，這種信息滲漏可被減緩或停止，如此一來，量子世界就會全然顯露。

纏結是典型的量子現象，是薛定諤于1935年在那篇將他的貓介紹給全世界的論文里發明的名詞。纏結將幾個獨立粒子捆綁為不可分割的整體。一個古典系統總是可被分割的，至少原則上是如此；由個別組件集合而得的性質，在個別組件里也會有。但是纏結的系統無法如此分割，并且會導致奇怪的結果：纏結的粒子即使互相遠離，仍會表現為單一整體，這就是愛因斯坦所稱的、著名的“幽靈般的超距作用”。

物理學家通常講的是電子等基本粒子的纏結。這些粒子可粗略想象為旋轉的小陀螺，以順時針或逆時針方向旋轉，轉軸指向任意給定的方向：水平、垂直、45°角等。測量其自旋時，必須選定一個方向，觀測粒子是否沿著那個方向轉動。

為了方便說明，假設粒子表現的是古典行為。你可以讓一個粒子沿水平軸順時針方向旋轉，另一個沿水平軸逆時針方向旋轉；如此一來，二者的總自旋為零。它們的轉動軸在空間中是固定的，測量結果取決于你選的方向是否沿著粒子的轉動軸。如果對二者都做水平軸的測量，則會看到兩個粒子的轉動方向相反；如果都做垂直軸的測量，則完全不會偵測到這兩個粒子的轉動。

然而，如果是具有量子性質的電子，則情況會驚人的不同。你可以讓粒子的總自旋為零，即使你沒有給定個別粒子的轉動方向。測量其中一個粒子時，你會看到它隨機以順時針或逆時針方向轉動，就好像粒子是自己決定要朝哪個方向轉。而且，不管你選擇測量哪個方向，只要對這兩個粒子測量同一方向，則測得的轉動方向永遠相反，一個順時針，一個逆時針。它們怎么知道要這樣做？這仍然是個極其神秘的性質。不僅如此，如果你對一個粒子做水平軸測量，對另一個做垂直軸測量，則仍可測量到部分自旋，這就好像粒子沒有固定的轉動軸。因此，測量結果是古典物理無法解釋的。

誰在幫助原子排列？

大部分的纏結實驗都只用到幾個粒子，因為一大群粒子不容易隔絕環境的影響，其中的粒子很容易跟無關的粒子纏結，破壞原始的內在聯結。以去同調的說法，就是有太多信息滲漏到環境里，造成系統有古典的行為。對我們這些尋找纏結的實際用途（例如量子計算機）的研究人員來說，保持纏結是一項重要的挑戰。

2003年，有一個巧妙的實驗證實，如果能夠減少滲漏或加以抵消，則大的系統也可以保持纏結。

英國倫敦大學的加布里埃爾·阿普爾等人將一塊氟化鋰鹽放在外加的磁場里，鹽里的原子就像旋轉的小磁棒，會盡量與外加磁場同向，這種反應表現為磁化率。原子間的作用力就像同儕壓力般，會讓它們更快排列整齊。研究人員改變磁場強度，然后測量原子排得多快。他們發現，原子的反應速度比彼此作用力的強度所能提供的還快。很顯然，在這個實驗中有額外的效應幫助原子排列整齊，而研究人員認為這是纏結造成的。若真如此，則鹽塊里的1020個原子形成了巨大的纏結態。

為了避免熱能所造成的無序運動，阿普爾的團隊是在極低的溫度下做實驗（僅千分之幾K）。不過，在那之后，巴西物理研究中心的亞歷山大·馬丁斯·德·蘇薩等人以室溫或更高的溫度，在銅羧酸鹽之類的材料里發現了宏觀纏結，自旋粒子間的交互作用強到可以抗拒熱能所造成的無序。在其他例子里，則必須用外力抵擋熱效應。物理學家在越來越大、越來越高溫的系統里看到纏結：從以電磁場捕獲的離子到晶格里的超冷原子，再到超導量子位。