时间：2023-05-30 10:16:46
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇量子物理学，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
过去100年里，科学家们已经知道量子的行为非常奇特。在自然的微观世界里，一些科学常识方面的定律被其内部奇怪的量子物理学规律所颠覆。单个粒子很难从周围环境中隔离观测，因而量子物理学中很多奇特现象无法被直接观测到，也就是说观测会改变量子物理学中被察看的体系。这也是量子力学与经典力学的一个主要区别：在经典力学中，一个物理系统的位置和动量，可以同时被无限精确地确定和预言。在量子力学中则不然，测量过程本身会对系统造成影响。根据量子理论中的基本原则沃纳・海森伯的不确定原理，量子物体的所有属性都不具有完全确定的值。例如，一个光子或一个电子不可能同时具有确定的位置和确定的动量。对一确定的时刻，它也不可能有确定的能量。能量可随时自发出现无法预言的变化。所考虑的时间间隔越短，这种能量随机涨落就越大。而另一种情况下，量子物理学中的有些粒子的波函数形成不随时间变化的概率分布，许多在经典力学中随时间动态变化的过程在量子力学中却形成“定态波函数”。例如，原子中的一颗电子在其最低状态下，在经典力学中由一个围绕原子核的圆形轨道来描写，而在量子力学中则由一个静态的、围绕原子核的球状波函数来描写。
因而在量子物理学中，时间的引入导致了许多重要而有趣的现象，光谱区域、共振和平衡态，量子混合，动态稳定性和不可逆性和“时间之箭”均与量子物理学中的时间衰变有关。这本书致力于为量子物理学中的渐近的时间衰变的相关概念和方法提供清晰而准确的阐述。
本书内容共6章：1.单粒子量子力学的数学和物理背景知识；2.自由波包的传播和渐近衰变：静态相位方法和van der Corput方法；3.类时间衰变和光谱特性的关系；4.一类稀疏势模型的时间衰变；5.共振和准指数衰变；6量子力学和经典力学的连接：无限自由度的量子系统。
本书作者均来自巴西圣保罗大学。本书适合于学习数学物理或量子理论的学生和相关研究人员。
杨盈莹，助理研究员
（中国科学院半导体研究所）
美国物理学会评选的2006年度国际物理学重大进展日前揭晓，中国科学技术大学潘建伟研究小组发表在《物理评论快报》上的关于“单光子量子态远程克隆”的研究成果榜上有名。这是继2004年之后，中国科学家在国内取得的研究成果再次被美国物理学会选为国际物理学年度重大进展。
潘建伟教授及其同事利用国际领先的多光子纠缠技术，在国际上首次实现了基于多光子纠缠的量子态远程克隆，随后日本东京大学一个研究小组实现了基于连续变量的量子态远程克隆。这两项工作一起被美国物理学会评选为2006年度国际物理学重大进展。
我国一体化虚拟仪器问世
近日，由重庆大学测试中心秦树人教授承担的《虚拟仪器关键技术的研究及其产业化》于2006年12月16日通过国家863项目办公室组织的课题验收。专家说，这项成果表明我国在虚拟式仪器方面走出一条与欧美技术线路完全不同的自主创新路子，并成为国际上嵌入式一体化虚拟仪器研发的先行者。
秦树人教授主持研发的“一体化虚拟仪器”是一种不同于欧美虚拟仪器的新技术，它综合了虚拟仪器与硬件化、智能化仪器的特点，将虚拟仪器与传统硬件化仪器相结合，形成嵌入式的一体化仪器系统。一体化虚拟仪器的支撑平台由通用的计算机改为嵌入式CPU系统，基本硬件平台包括LCD、数据采集器、特制键盘和旋钮等。由于集成了采集设备、调理设备和人机交互装置，简化了计算机及其外设的电源系统、采集设备和调理设备的繁琐性，有利于在测试现场和工厂车间使用。和通用虚拟仪器系统相比，一体化虚拟仪器可以实现系统的整体校正，达到很可靠的高精度，具有更强的防止电磁干扰能力。
荧光RT-PCR技术可测知狂犬病
近日，由北京检验检疫局张鹤晓研究员主持研发了一种荧光RT-PCR技术，这种技术可在4内小时内通过分析活体犬猫唾液样本检测出是否感染狂犬病病毒。
据了解，用传统的检测方法，检测时间至少要2天，而该技术在国内首次将TaqMan快速荧光RT-PCR检测技术用于动物源性狂犬病病毒的快速检测，4个小时就能得到检测结果，为及时发现携带狂犬病病毒的犬猫争取了时间。同时，这种检测方法可检测样品中极微量的病毒。与传统的普通RT-PCR检测方法相比较，该方法的灵敏度可提高100倍左右。此外，这种检测方法还克服了传统检测方法中对犬猫脑组织切片实施检测导致的方法繁杂、灵敏性差的弊端。
专家称，该检测技术的建立，为我国狂犬病病毒的快速检测提供了一种新的可靠方法，对于狂犬病疫情的防控具有重要意义。
6000吨压力数控折弯机问世
近日，压力达6000吨、世界最大的数控折弯机能在我国自主开发成功。此产品是目前世界上最大吨位的数控折弯成型机，集成创新特点显著，具有自主知识产权，整体技术达到国际先进水平。
有关专家说，企业技术人员在这一装备研发中，开展了深度集成创新和部分原始创新，在国内如果将长达12米的钢板送入折弯成型机，很快就变成了一个又长又粗的钢管。首创的6缸电液伺服同步控制技术，其定位精度和重复定位精度远高于国外同类产品指标。6000吨折弯机的问世将打破外国企业在这一重型数控装备领域的垄断局面。
高效无卤阻燃高分子材料研制成功
有关媒体报道，在2006年7月1日正式实施的欧盟《关于在电子电气设备中禁止使用某些有害物质指令》，对中国的电子电器产品产生了非常大的影响，有数据显示受直接影响的出口额将达三百多亿美元。东北林业大学李斌教授带领课题组创新研制成功可在电子电器中使用的高效无卤阻燃高分子材料,成为可以应对欧盟禁令的替代物。
李斌教授带领相关人员历经3年艰苦努力和不懈攻关，创新性地提出了适用于玻纤增强尼龙66的无卤阻燃剂的分子设计，合成了金属离子改性聚磷酸蜜胺盐(M-MPP)新型高效无卤阻燃剂。该阻燃剂具有针状的晶型结构，能明显提高阻燃材料的力学性能,阻燃效果好,利于切割。据悉，这一课题被列为黑龙江省十五科技攻关重点项目。
我国成功发射“风云二号”D气象卫星
2006年12月8日，中国在西昌卫星发射中心用“三号甲”运载火箭，成功将“风云二号”D气象卫星送入预定轨道。
火箭发射24分钟后，据西安卫星测控中心和在太平洋执行任务的“远望”号航天测量船报告，卫星已经成功进入地球同步转移轨道。经过一系列控制，卫星将最终定点于东经86.5度赤道上空。
“风云二号”D气象卫星是由中国航天科技集团公司所属上海航天技术研究院为主研制，可全天候对地球进行连续气象监视，获取地球空间环境白天可见光云图、昼夜红外云图和水汽分布图；收集和转发气象、海洋、水文等观测数据；监测太阳X射线和空间粒子辐射数据等。卫星重约1.39吨，在轨采用自旋稳定方式，用户为中国气象局。
用于这次卫星发射任务的“三号甲”运载火箭，由中国航天科技集团公司所属中国运载火箭技术研究院为主研制。这次发射是系列运载火箭的第94次飞行。
我国已培育2000多个小麦新品种
截至目前，我国采用传统育种技术已育成小麦新品种2000多个，为我国小麦生产做出了突出贡献。
中国农科院院长翟虎渠在此间举行的全国矮败小麦育种研讨会上表示，目前，我国生产上大面积种植的主要小麦品种的产量与世界上同类生态区相比，已具有较高的水平，品种的品质、抗性也取得明显改进。
据悉，“十五”时期，中国农科院培育出以“轮选987”为代表的一批高产、优质、多抗、广适的“轮选”系列小麦优良新品种，实现了我国小麦育种技术研究的重大突破，是我国农业科技界的一项重大自主创新性的科技成果，属国际首创，达到国际领先水平。
中兴通讯推出HSDPA终端产品
近日，作为中国最早投入3G的企业之一，中兴通讯近日推出全系列HSDPA终端产品，这标志着中国本土企业在3.5G终端技术研发上已与国际巨头齐头并进。
HSDPA，即高速下行分组接入，又被称为“3.5G技术”，是目前全球建设正酣的WCDMA3G技术的升级版，它可以在不改变现行网络结构的情况下，把速率提高到10.8兆以上。
作为全球3G终端领域的主要厂商，中兴通讯近日展示了全系列HSDPA终端产品，包括三模手机和全球第一款支持AHSDA和DVB－H技术的电视手机。至此，中兴通讯已具有全系列的HSDPA终端。
业内人士认为，中兴通讯3.5G手机的推出标志着中国手机企业在技术上已与诺基亚、摩托罗拉等欧美巨头一起走在行业前列。
江民杀毒软件KV2007上市
2006年12月，国内最大的计算机反病毒厂商江民科技宣布，经过紧张的研发，兼容VISTA版本的江民杀毒软件KV2007已研发成功，江民杀毒软件由此成为国内首家支持微软新一代操作系统VISTA的杀毒软件。
据微软称，VISTA是微软从2001年即开始研发，共计投入6000名软件工程师研发推出的重量级产品，安全性是VSTA的最大亮点。VISTA安全中心集成了WindowsDefender等安全组件，并且应用了一种PatchGuard的内核保护技术，这一技术能够阻止病毒和木马对内核的修改，同时也成为杀毒软件进入VISTA内核的一道门槛。正因如此，国际上一些杀毒厂商对于微软不能提供足够的技术资料的行为表达了不满情绪，因为这将影响他们的杀毒软件在VISTA内核的工作。业内人士表示，VISTA将把一些技术实力薄弱的小型反病毒厂商阻挡在大门之外。
二氧化碳造影输送新装置面世
由南京东南大学附属中大医院等单位在国内首次研制成功的，具有自主知识产权的“一体化二氧化碳气体储存与输送装置”，日前通过省级科技成果鉴定，并已在临床成功应用。
据课题主要负责人、著名介入放射专家、中大医院介入放射治疗中心主任滕皋军教授介绍，将二氧化碳气体用于血管造影，近年来越来越受到关注，但这对储存与输送二氧化碳的装置有着很高的要求，国内市场一直缺乏此类产品，国外研制的装置操作复杂、价格昂贵，所以该项技术很难在国内广泛开展。南京东南大学附属中大医院等单位研制的“一体化二氧化碳气体储存与输送装置”，采用医用高分子材料制成，主要由二氧化碳单向阀门的进气端、二氧化碳密封存储袋等组成。
第四代燃料电池汽车样车研制成功
记者从第二届IEEE国际“汽车电子及安全”会议获悉，由同济大学、上燃动力公司、上汽工程研究院、新源、神力燃料电池公司、苏州星恒公司等共同开发的第四代燃料电池汽车样车已于2006年12月12日装车成功。
据介绍，第四代燃料电池汽车运用上海市的工业副产品――氢气，不但节能环保，而且与使用普通内燃机的汽车相比，燃料费每百公里可节省20元左右，新能源汽车的前景非常光明。据悉，新一代燃料电池汽车将于2008年参与奥运会，并将在2010年“世界博览会”期间与人们见面。
中日科学家发现记忆玻璃合金
【关键词】原子物理学教学；教学内容；教学方法
0 引言
原子物理学是物理学专业的一门重要的专业基础必修课，是继力学、热学、光学和电磁学之后的最后一门普通物理课程。原子物理学是普通物理的重要组成部分，它属于近代物理[1]。原子物理学包括原子物理、原子核物理和粒子物理[2]。原子物理学是20世纪随着量子力学的发展而发展起来的，至今，原子物理学的许多问题仍然是科学研究的前沿问题。原子物理学是现代科学技术的基础，是连接经典物理与现代物理的桥梁。学好原子物理学能为后继的量子力学、固体物理等课程打下坚实的理论基础。因此，学好原子物理学具有十分重要的意义。本文根据近几年原子物理学教学实践，分析了教学现状，在教学内容、教学方法上对原子物理学教学进行了研究和实践。
1 原子物理学教学现状
首先，原子物理学知识抽象、难懂，没有清晰的物理图像。原子物理学是研究原子的结构、运动规律及相互作用的一门科学。其研究的物质结构介于分子和原子核之间，线度约为10-10米，用肉眼是根本无法直接观察的，只能在头脑中想象。学生在学习的过程中普遍反映知识很抽象，摸不着头脑，不像学习力学知识那样，对物体运动有清晰的物理图像。其次，教材内容过于老化。20世纪30年代M.Born写了一本《原子物理学》，H.E.White写了一本《原子光谱导论》，这两本书是原子物理学方面的经典之作。现在的原子物理学教材体系一般遵循Born和White模式，大部分的教材内容都是反映20世纪30年代前后的知识，现代科技知识涉及太少。讲授理论知识若缺乏实际应用的介绍，将会使知识僵化，知识面狭窄，难以激起学生的学习兴趣。
2 原子物理学教学内容的研究与实践
2.1 恰当处理好玻尔理论与量子力学的关系
大部分的教材内容一般都是按照原子物理学的发展历史进行编写的。从原子的光谱实验到玻尔提出的量子化假设理论（基于经典物理基础上的量子化，半经典半量子，称为旧量子理论），再由玻尔理论讲授原子的能级、精细结构、超精细结构等。对于微观领域，正确描述电子运动的是量子力学理论，玻尔理论是有其局限性的。最突出的问题是电子的轨道运动，根据玻尔理论，电子在库仑力的作用下沿着一些特定的轨道绕原子核运动。在量子力学中，电子运动是由波函数来描述的，满足薛定谔方程，电子的运动具有不确定性，只能用概率来表示，没有轨道运动的概念，量子力学中是用“电子云”来形象说明电子的运动。教学中若处理不好玻尔理论与量子力学的关系，会让学生觉得知识有点混乱，莫衷一是。笔者认为在原子物理学教学过程中，能用玻尔理论解决的问题就尽量不要用量子力学，如玻尔理论不能解决，则可定性地用量子力学知识来解释，避免复杂的量子力学推导过程。原子物理学虽属近代物理，但仍是普通物理学的重要组成部分，应该具有普通物理学的特点，要注重基本的物理实验、物理图像、物理思想和物理模型[3]。若用量子力学进行详细的解释，则要涉及波函数、算符、力学量、薛定谔方程、微扰理论等复杂的量子力学知识，会淡化和掩盖了原子物理学的基本的物理实验、物理图像、物理思想和物理模型。恰当处理好玻尔理论与量子力学的关系，既能使学生易于接受原子物理学知识，又能为后继的量子力学等课程打下基础，使原子物理学成为连接经典物理和现代物理的桥梁。
2.2 紧密结合现代科学技术知识
原子物理学是现代科学技术的基础，随着原子物理学的发展，新思想，新知识不断被发现，在此基础上产生了大量的现代科学技术。如与原子受激辐射有关的激光技术；与原子的内层电子激发有关系的X射线的荧光分析技术、计算层析技术；与物质波有关的电子显微镜；与原子能级分裂有关的电子顺磁共振和核磁共振等等，其中X射线影像、核磁共振成像已应用到医学领域[4]。将这些科学技术知识引入到原子物理学教学中，不仅可以加深学生对所学知识的印象，还可以开阔他们的视野，激发学习兴趣，培养创新意识，取得良好的学习效果。
2.3 适当引入物理学史
原子物理学的发展产生了许多重要的创造成果，包括1999年在内共有96项诺贝尔物理学奖，其中就有66项是与原子物理学有关的，占到总获奖数的2/3。这些诺贝尔物理学奖的成果不仅是原子物理学发展的重要里程碑，而且是前辈物理学家创造性研究的典范[5]。在教学过程中，适当地讲解一些有代表性物理学家的工作背景、研究思路、研究方法以及他们在面对困难时的科学创新精神、非凡的胆识，都会对学生留下深刻的印象，引起长久的思考。例如，电子自旋假说是20世纪初最重要的假设之一，电子自旋的提出在原子物理学发展历史中具有里程碑的意义。1925年，荷兰的两位在读大学生乌伦贝克和古德斯密特，在地球运动规律的启发下，经过深入研究，大胆提出了电子自旋假设。但谁能想到这样重要的理论是由两个还没毕业的大学生提出的。对于两个年轻人来说，提出这样的理论不仅需要创造精神，更需要非凡的勇气和胆识。我们在课堂教学中引入这样的事例，在学生中激起了强烈的反响，引发了热烈的讨论，极大地提高了他们的学习热情和学习兴趣，同时也培养了学生的创新意识和创新能力。
3 教学方法的研究与实践
3.1 明确重难点，有的放矢
原子物理学的知识面较广，知识点松散，各知识点间的逻辑性、系统性不强，再加上学时少，一般只有54学时左右，教学任务重。因此，教学方法就显得尤为重要。按照原子物理学教学大纲，明确教学中的重难点。每堂课都要向学生明确哪些知识需要重点掌握，哪些需要理解，哪些需要了解。重难点知识要精讲、细讲，从物理实验、物理图像、物理思想、物理模型到具体的推导过程都要讲清楚，不惜面面俱到。理解性的内容可讲清楚物理思想和物理图像，不必过多涉及细节性内容。了解性的内容可让学生课下自行学习，给出一些参考资料，让学生以读书报告的形式提交作业。明确教学中的重难点，学生明确了学习目标，提高了学习的积极性，促进了学生的自主学习。
3.2 传统板书与多媒体教学的有机结合
传统板书具有讲课思路清晰，留给学生较多的思考时间，易于跟上讲课思路等优点。对重要公式理论的推导，系统知识的梳理具有良好的教学效果。多媒体教学可演示图片、动画、影像资料，具有形象直观的特点，而且幻灯片记载的信息量大，放映时间少。在原子物理学教学中，将传统板书与多媒体教学的有机结合起来，能收到良好的教学效果。例如讲电子的自旋―轨道相互作用时，先用多媒体演示电子自旋运动和轨道运动的动画，学生头脑中有了清晰的物理图像，然后再采用板书的形式详细推导其作用规律，就比较容易理解。一些著名的物理实验现象，现代科学技术应用，著名物理学家生平简介等都可以通过多媒体展示给学生。既能拓宽学生的知识面，还能活跃课程气氛，激发学习兴趣，提高学习积极性。
4 小结
原子物理学虽已有一百多年的历史，但仍是具有生命力的，不断向前发展的科学，原子物理学教学也应不断地向前发展进步。本文根据近几年原子物理学教学实践，在教学内容、教学方法上对原子物理学教学进行了研究和实践。以期能与同行进行讨论，共同提高原子物理学教学水平。
【参考文献】
[1]喀兴林.关于原子物理学课程现代化问题[J].大学物理，1992，11（11）：6-8.
[2]褚圣麟.原子物理学[M].北京：高等教育出版社，2012.
[3]高政祥.原子物理学教学改革的几点探索[J].大学物理，2001（4）：34.
本世纪以来，物理学哲学研究有了长足的进步，这与现代物理学所具有的一些新特点有很大关系：一是本世纪理论物理学研究在许多方面超前于实验物理学的研究，人们无法对理论物理学的一些结构及时通过观察和实验进行检验，这就使得人们从认识论和方法论角度对物理学思想的合理性和物理学理论自身逻辑结构的自洽性的验前评价变得十分重要；二是当今各种物理学理论（如相对论和量子论）在逐步统一过程中所显现出的整体有机联系的自然图景和对在极端条件下（如宇宙爆炸初期）的物质特性的探索都促使物理学与哲学进一步融合起来，使物理学家感到了从哲学的高度去更深刻地把握物理学前沿提出的种种物理学理论和概念问题的必要性；三是当代物理学所研究的微观和宇观客体的物理性质与规律，由于不能被我们的感官所直接感知，这就必须从认识论的角度说明现代物理学理论描述的微观或宇观世界图景的合理性与真实性，从而在微观或宇观世界与我们日常生活的宏观世界之间建立起一道相互理解的桥梁。
正是现代物理学的这些特点，决定了当代物理学哲学的不同研究途径，即从不同的角度出发，对物理学进行哲学反思，达到丰富和发展哲学认识论与方法论以及加强对物理学理论和概念自身理解的目的。
一
物理学哲学的研究途径之一是从通过对物理学概念，尤其是新物理学概念，物理意义的阐释入手，提高到哲学高度进行分析，进而促进了哲学的发展。这一方面是由于如量子力学创始人之一的海森堡所说：“一部物理学发展的历史，不只是一本单纯的实验发现的流水帐，它同时还伴随着概念的发展，或者概念的引进。……因为正是概念的不确定性迫使物理学家着手研究哲学问题”。（〔（7）〕，第185页），另一方面则是因为物理学是研究最基本的物质运动规律的科学，所以许多最基本的物理学概念，如物质、运动、时间、空间、宇宙等也同时是哲学的基本概念，这些基本概念的变化不仅导致物理学理论的变更，也标志着哲学的重大发展。因此，对这些基本概念的理解，往往是各个哲学流派之间争论的焦点。而对这些概念的哲学争论，又总是围绕着物理学的最新进展而展开，所以从物理学概念入手进行物理学哲学的研究是中外许多哲学家和物理学家最为关注的研究途径。
科学研究从问题开始，而现代物理学的建立则是从概念问题的突破开始的。普朗克1900年为了解决黑体辐射问题提出了作用量子的概念，但他受经典物理学思维框架的约束，当时并没有深刻的理解这个概念实质性的物理意义，只把它当成了一般的工作假说加以运用。只是当爱因斯坦（1905年）运用这个概念建立起光量子假说后，它的实质性的、突破传统经典思维模式的巨大意义才得以凸现出来，并引起物理学界乃至于后来哲学界的广泛关注。玻尔、海森堡等人沿此思路建立了原子结构模型，并最终建立了量子力学理论，对量子概念物理意义的探讨又导致与传统决定论思维模式相悖的非决定论思维模式的产生，这不仅使物理学的理论基础发生了根本的变化，而且使传统的认识论观念也有了重大的转变。
当人们对迈克尔逊—莫雷实验的否定结果迷惑不解时，彭加勒、洛仑兹等人为了维护牛顿的绝对时空不得不提出“虚拟时间”的概念来解释这一奇怪的结果。爱因斯坦则从麦克斯韦电磁学理论与经典力学伽利略变换之间的矛盾中看出了问题的实质所在。他看出了牛顿所谓的绝对时间并非是有物理意义的真实时间，而彭加勒、洛仑兹等人认为是“虚拟时间”的概念却是在实际观测中可以测量到的真实时间，这不仅使迈克尔逊—莫雷实验的难题迎刃而解，而且一举建立了狭义相对论。从这里又引发了一轮重新认识时间和空间这一对古老哲学概念的热潮。
随着广义相对论的提出和现代宇宙学的建立，使人们对时间和空间的研究进入了一个新阶段。哲学家们纷纷依据物理学的最新研究成果对时间空间概念进行新的阐释，乃至于给一些古老的哲学命题，如康德的“二律背反”以新的说明。（参见〔（1）〕原苏联和我国的一些哲学工作者通过对相对论时间和空间概念与物质运动、物质分布状态关系的分析，进一步论证了恩格斯当年对时间和空间这对哲学范畴的正确定义。随着现代宇宙学的兴起和发展，人们对“宇宙”概念也有了新的认识，于是，有关宇宙有限还是无限、哲学的“宇宙”概念与现代宇宙学所说的“宇宙”之间究竟是什么关系等问题的讨论，又成了哲学界和科学界共同关心的热点。可是，当人们正沉浸在广义相对论解决宇宙演化问题所取得的成就时，却不得不沮丧地发现，所有已知的物理学定律在广义相对论时空曲面的奇点处都失效了。从理论上来说，所谓宇宙大爆炸最初的原始火球在数学上的表示就应该是一个奇点，也就是说，如果宇宙起源于奇点，我们难以用现有的任何物理学定律说明宇宙爆炸的原因。于是有的科学家戏称说，既然宇宙是上帝创造的，那么只好把这个问题留给上帝，胆敢问这个问题的人，上帝将使他下地狱。
英国著名物理学家霍金是最早开始研究奇点问题的物理学家之一，近年来也是他提出了试图用量子引力理论来绕开奇点问题的方法。他为了避免当年费因曼处理微观粒子时假设的各态历经的技术困难，并类比他用交换虚粒子来说明粒子间相互作用的方法，提出了“虚时间”的概念。虽然如他自己所说：“虚时间”是一个意义明确的数学概念，“就普遍的量子力学而言，我们可以把我们对虚时和欧几里得时空的运用，仅仅视作一个计算实时空答案的数学方法（或手段）。”（〔（8）〕，第162页）但由于量子引力理论假定宇宙没有任何边界，“宇宙将完全是独立的，不受外界任何事物的影响。它既不会被创造，也不会被消灭，它将只是存在”。（〔（8）〕，第164页）而“虚时间”的应用，则使人们绕开了宇宙起源于奇点和终止于奇点这种用奇点构成时空边界的困难，让物理学定律在任何时空区间都有效。正是有这个意义上霍金认为：“所谓的虚时实际上是实的，而我们所说的实时只是我们想象中虚构的事物”，“也许我们所说的虚时实际上是更基本的东西，而我们称作实时的只是为了帮助我们描述我们想象中的宇宙模样而创造的一种想法。”（〔（8）〕，第168页）
霍金对科学理论的看法持有工具论的立场，但对于“虚时间”的概念是否如他所说是更基本的东西，不在于理论上是否更为合用，而在于它是否能够作出可观察的预言并在实践中得到确证。在此以前，我们至少应当接受本世纪初的教训，不要把我们现有的物理学理论所描述的时空概念又看成是绝对不可改变的，更不应该在没有充分理解一些物理学家所提出的新物理概念的明确物理意义之前，甚至在没有仔细阅读霍金原著的上下文意思之前，就把他们与哲学中的后现代主义思潮拉扯在一起。在这里，重温一下爱因斯坦的一段话，可能对我们会有所启发：“为了科学，就必须反复地批判这些基本概念，以免我们会不自觉地受到它们的支配。在传统的基本概念的贯彻使用碰到难以解决的矛盾而引起了观念发展的那些情况，这就变得特别明显。”（〔（15）〕，第586页）
近期物理学哲学的发展中可能更加值得注意的动向是，随着本世纪许多新兴学科的兴起，使许多新的科学概念越来越渗入到哲学研究之中，如系统、信息、控制、混沌、有序、无序等等概念，早已不再是某些专门学科的专业术语。由于这些概念的普适性，它们已成为各门学科中广泛使用，乃至于在日常生活中经常提到的概念。它们不可避免地会逐步上升为哲学范畴。对这些新概念的产生和普及，物理学有很大的贡献，正是由于本世纪对远离平衡态热力学的研究，才加深了人们对时间方向性，对物质系统的演化，对有序、无序、混沌等等物质状态的认识，从而也极大丰富了哲学的内容。下面我们还将谈到，正是由于这些研究引起了人们思维观念的巨大变化。从而也使得传统的哲学在许多方面发生了革命性的变革。
对概念的更高层次的元理论研究已不局限于物理学哲学的范围，而是在更为广泛的科学哲学层次里展开的，不过，由于物理学相对于其他学科而言更为成熟，更为精确，物理学史的研究也比其他学科史更为细致，所以许多科学哲学家仍利用对某些物理学概念的分析作为阐述自己观点和与他人论争的依据。例如，库恩和费耶阿本德通过对“质量”这个概念在经典力学与相对论中的不同涵义，以及“电子”这个术语在不同时期指称对象意义变化的分析，得出了前后相继的科学理论或不同范式之间不可通约的观点（参见〔（14）〕、〔（22）〕），从而引起了科学哲学界的极大争议。而普特南等人则同样根据对“电子”一词涵义变化的分析，说明了他的有关自然种类名词因果—历史指称理论，并驳斥了库恩和费耶阿本德的不可通约性的观点。
目前，随着物理学和哲学的进展，沿着这个途径的物理学哲学研究正在蓬勃发展。一方面，新的物理学概念不断涌现，人们常常需要从物理学之外对这些概念进行阐释才能理解它们更深刻更普遍的意义，而这些概念的广泛应用也不断充实了哲学的内容；另一方面，哲学自身的发展也需要不断从自然科学，包括物理学概念的变革中吸取养料，提出新的问题、新的观点，拓展新的思路。
二
物理学哲学研究的另一个途径是通过物理学前沿哲学问题的讨论，使一些传统的哲学观点产生根本变革。这条途径在很大程度上离不开对新物理概念的分析。从这个意义上说，它与前面所讨论的途径并无根本的区别，只是这条途径更着重于对物理学前沿所涉及到的一些基本哲学问题，如认识过程中主客体之间的关系，因果性的决定论与非决定论以及与其相关的必然性与偶然性的关系，可知论与不可知论，实在论和工具论等等，进行进入地探讨。
本世纪在物理学界和科学哲学界影响最大的一场争论就是爱因斯坦和以玻尔为首的哥本哈根学派关于量子力学理论基础的争论，这场争论的和至今余波未息的争论焦点集中在对爱因斯坦等人提出的EPR悖论的理解上。这场发生在量子力学创始人之间的争论虽然是从对诸如量子力学中波函数的物理意义、海森堡不确定性原理（或译测不准关系）和玻尔互补原理的理解开始，进而讨论到量子力学是否完备的问题，但这场似乎只是纯物理学，甚至是理论物理学的科学争论，一开始就带上了浓厚的哲学色彩。
这主要是因为微观客体所表现出来的诸如波粒二象性等特征，用描绘宏观现象的日常语言实在难以准确表达其确切含义，再加上对微观客体的实验安排也呈现出与经典物理学实验许多不同的特征。如何正确理解量子力学的数学符号所蕴涵的物理意义？量子力学描述的微观客体的行为特征究竟是不受主体干扰的客观规律所致，还是宏观仪器对微观客体不可避免的干扰下主客体相互作用的结果？微观客体所表现出的随机性究竟是微观客体的本质特征，还是认识主体认识局限性的结果？进而，到对微观客体行为的理论描述究竟应当坚持决定论的思维模式，还是非决定论的思维模式，用爱因斯坦的话来说，就是我们是否相信上帝会掷骰子？物理理论的每个元素是否都必须在实在中有它的对应物，亦或物理理论只是一种对实在的本体论承诺，甚至只是我们为了解释现象或解决问题的方便而使用的一种工具或符号系统？这些问题早已不是物理学本身所能解决的，但又是物理学家们不得不解决的，人类不倦的求知欲促使他们转而寻求哲学的帮助。这就使得本世纪初许多量子力学的创始人都是哲学家，普朗克、爱因斯坦、玻尔、玻恩、海森堡、薛定锷等人在哲学界的影响并不比他们在科学界的影响小。他们的哲学观点往往是本世纪科学哲学讨论问题的出发点，由此而引发的实在论与非实在论之争仍是科学哲学界的热点问题之一。他们的哲学专著又成了许多一流科学家案头必备的读物，以便随时从中得到智慧的启迪。实际上，爱因斯坦与玻尔这场上升到哲学的争论，经过贝尔等人的努力，重又变成了用物理学实验可以进行经验检验的问题，检验的结果虽不足以最终决定谁是谁非（尽管哥本哈根学派明显占了上风），但却明确说明了物理学与哲学的密切关系，物理学哲学绝不是纯思辨的玄学。
当然，一流科学家也是哲学家的现象绝不仅限于量子力学领域。彭加勒、布里奇曼等人不仅在物理学界享有盛誉，甚至还是一些哲学流派（约定主义，操作主义）的创始人。维纳、普里高津等人虽然算不上正统的哲学家，但他们的哲学素养却为世人所公认，他们的科学成就对哲学思维方式的影响应当说有划时代的意义。从康德提出星云假说开始在当时占统治地位的形而上学世界观上打开了第一个缺口，但完成这个星云假说的拉普拉斯却把从牛顿开始的机械决定论思维推向了极端，并且产生了巨大的影响。如果说量子力学哥本哈根学派的非决定论思想是对这种机械决定论思想发起的一场重要挑战的话，那么由于量子力学只涉及到微观领域，还不足以在思想界和科学界抵消拉普拉斯的影响。19世纪德国古典哲学家们总结的辩证法思想虽然曾对19世纪科学的发展产生过影响，但由于其思辨色彩太浓也受到了许多科学家的抵制。但贝塔朗菲、维纳等人创立了系统科学，尤其是普里高津等人从热力学等实证的经验科学本身得出系统演化的思想以后，普遍联系和发展的观点对于科学家们来说，不再是外在的哲学教条，而是在科学中必须严格遵守的思维准则。更重要的是，自组织理论、非线性科学所揭示偶然性与必然性之间的新联接清楚地表明，非决定论的思维方式绝不仅限于微观领域，严格因果决定论在我们日常生活中也不是普遍适用。我们不能再用严格因果决定的观点来作为可知与不可知的界限，我们知道我们认识的某些界限（例如长期准确天气预报的不可能）也是可知，甚至是认识深化的表现。对看似无序的混沌现象的研究，却使我们能够说明许多过去简直无法理解的复杂现象，例如天气变化，中枢神经系统运动等等。物理学哲学在这方面的研究方兴未艾，尽管已有了一些成果，但还只能算是刚刚起步。物理学哲学的发展，已经引起了越来越多在物理学前沿领域工作的第一流科学家们的注意，对他们的研究工作产生了一定的启迪作用。
三
利用当代物理学及其相关学科的最新成果构建新的自然图景，并对此进行哲学反思是物理学哲学的又一研究途径。其实，这个研究传统由来已久，哲学既是一种理论化、系统化的世界观，对世界作一个总体的描绘和系统全面的认识就是它的首要任务。古代自然哲学凭借哲学家自己的直观和猜测来构建整体的世界自然图景，结果是五花八门，莫衷一是。自从近代科学诞生以后，哲学家们（即使是宗教哲学家）或多或少都要依居他们所知的自然科学成果来构建自己的自然图景，但他们对这幅图景的理解或解释却可以由于他们的信仰而有很大的差异，甚至根本对立，尤其是当他们面对最新的科学成果，而这些科学成果表现出了一些与传统哲学不同的思维方式时，更会使哲学家们对这些科学成果的理解上产生更大的差异，由此而引起的争论往往成为哲学界的热点。
现代物理学的发展使古老的涉及到自然图景的争论，如物质是否无限可分和宇宙是否无限等问题又增添了许多新的内容。
上世纪末物理学中关于X射线、电子和放射性现象的三大发现打破了原子不可再分的古老神话，揭开了人类对物质结构探索的新篇章。随着原子结构和基本粒子的大量发现，物质无限可分的观点似乎得到了科学实验的有力证明。但正当人们信心百倍地探索到更深层次的亚基本粒子结构——夸克层次的时候，却碰到了在实验中无法测到自由夸克的所谓“夸克禁闭”现象。那么，这个目前得到量子色动力学理论说明的现象是否意味着物质有不可再分极限的古老原子论观点又有抬头的可能呢？对这个问题的争论正在继续进行。
相对论的建立不仅赋予时间和空间概念以新的含义，而且极大地改变了人们对自然图景的看法，尤其是广义相对论对宇宙时空几何结构的描述，使从牛顿时代建立起来的宇宙图景发生了重大的变革。现代宇宙学的诞生向人们描绘了一幅宇宙演化的生动图景，一方面更充分地说明了宇宙中事物普遍联系和无限发展的辩证唯物主义观点，另一方面也使人们对宇宙时空结构是否无限的问题产生了新的疑惑。显然，过去停留在从纯哲学思辨或纯逻辑学论证（如康德的“二律背反”）上来讨论宇宙有限无限这一古老问题是远远不够了。离开了对现代宇宙学，天体物理学，乃至于非欧几何学的深刻理解来奢谈这一问题，已显得是隔靴搔痒，不得要领了。
实际上，今天我们讨论自然图景的问题还不能仅仅停留在物理学层次上，我们这个时代已经形成了关于自然进化的自组织理论和全球生态学的理论，这些综合性的学科已经大大丰富和更新了我们的自然图景。这迫使我们不仅要立足于当代物理学发展的最新成果，而且还要联系到其他学科发展的最新成果，树立把自然界看成是不断演化的有机体的认识原则，去构筑最新的完整的自然图景。这显然对哲学家提出了更高的要求。当然，即使如此，物理学仍然是各门经验自然科学的基础。任何对自然图景的描述，都不可能脱离这个基础。这一发展趋势只是为物理学哲学的这一研究途径开辟了更为广阔的发展前景。
四
物理学方法论的研究也是物理学哲学的一个重要内容。物理学理论的发展总是与物理学方法的更新与发展紧密相连，相辅相成的。例如，近代物理学的诞生，就得益于伽利略，牛顿等人在研究方法上的大胆创造与革新，他们把观察、实验等经验方法与数学、逻辑等理论方法有机结合起来，还创造了诸如将形象思维和逻辑思维巧妙结合的理想实验方法（伽利略），甚至发明新的数学工具——微积分（牛顿）。这些方法上的成就不仅大大推进了物理学的进展，而且具有重大的方法论意义，为以后物理学的发展起了巨大的示范作用。现代物理学的发展更清楚地表明，物理学每前进一步，都伴随着方法上的重大革新与改进；而物理学作为一门基础科学，它的每一步发展，又为人们创造新的方法、设计新的实验仪器和设备提供了新的理论基础，从而不仅为本学科的发展开辟了新的领域，创造了新的条件，而且还大大影响和促进了其他学科的发展。本世纪物理学借助相对论和量子力学的相继建立取得了重大的进展，而如何将二者更紧密结合起来创造一种统一的物理学似乎是下个世纪物理学发展的一个方向。如何为实现这个目标取得方法上的突破便成了当前物理学方法论研究中的一个热门问题。
美国哲学家蒯因曾经把知识体系比喻成为一个整体场。他说：“整个科学是一个力场，它的边界条件就是经验，在场的周围同经验的冲突引起内部的再调整。”（〔（18）〕，第694页）也就是说科学的理论陈述和与之相应的数学、逻辑和形而上学陈述一起组成了这个整体的知识场，“根据任何单一的相反经验要给哪些陈述的再评价的问题上有很大的选择自由，并无任何特殊的经验是和场内部的任何特殊陈述相联系的”。（同上）为了适应经验的变化，例如说要解释一个新的观察现象，不仅可以改变理论陈述，也可以调整其他的陈述，如改变一种数学方法，调整我们的本体论信念，乃至于修改有关的逻辑规则，“有人曾经提出甚至逻辑的排中律的修正作为简化量子力学的方法”（同上）。蒯因的上述想法并非是纯哲学的思辨。现代物理学的发展已更清楚地表现出了理论与方法之间这种联动的特征。
首先，现代物理学对物质结构和宇宙起源的探索，涉及诸如“夸克禁闭”和真空特性等问题，解决这些问题，一方面依赖于理论的进一步突破，另一方面也依赖于实验手段的改进。
其次，本世纪初，相对论与量子力学的思想一经形成，就可以在19世纪下半叶新兴的数学分支中找到相应的数学工具，如非欧几何学、张量分析、线性代数等等。在有关基本粒子的规范场论中，群论也得到了很好的应用，但随着现代物理学的进一步发展，数学手段已显得不够得力。例如，目前关于大统一理论的研究难以取得有效的突破，症结究竟是在相对论与量子力学自身难以统一，需要建立一种能取代二者的新理论，还是缺乏必要的数学处理方法就是尚待解决的问题。
第三，在量子力学的赖辛巴哈解释中，赖辛巴哈试图建立一种消除形式逻辑排中律的三值逻辑来消除用经典语言描述微观客体行为时与量子力学结论相悖的因果异常。这种新的逻辑形式揭示了用传统形式逻辑描述不确定现象时的困难。（参见〔（5）〕）沿着赖辛巴哈的思路，有人进一步发展出应用抽象代数学中“格演算”的工具，用基本联词“遇”与“接”来取代“与”和“或”用以更好地刻划量子领域中的“亦此亦彼”现象，并使这种最子逻辑可以用一种广义的命题演算工具表述。（参见〔（23）〕）虽然这一设想还没有得到广泛应用，但毕竟给我们一个启示。量子物理的理论具有高度的辩证性质，“非此即彼”的形式逻辑思维已不足以解释量子物理实验中众多的“亦此亦彼”的现象，而一种新的逻辑思维方式可能是现代物理学取得进一步突破的关键。这正如日本物理学家武谷三男所说：“量子力学的情况，如果从我们通常的观念看来，是充满着矛盾和难以克服的困难，但量子力学却是以独特的数学结构卓越而合理地把握了它，要理解这种逻辑结构，唯有依靠辩证逻辑。”（〔（3）〕，第100—101页）形式逻辑产生了古希腊时期，是人类对宏观事件进行思维时对规律的总结。但当我们深入到前人未曾接触过的微观和宇观领域时，由于物质决定意识，我们的思维方式是否也应该发生某种变化呢？现在的问题是，针对现代物理学中出现的一些难以解决的问题，如EPR悖论，我们除了继续在物理学理论上寻求突破之外，是否也可以换一种逻辑思维方式，甚至如本世纪一些杰出物理学家，如玻尔、普里高津等人所说的那样，现代物理学可以从古老的东方文化中吸取有益的营养，来帮助寻求现代物理学的突破口呢？
五
以上我们虽然分别评述了物理学哲学研究的不同途径，但这并不意味着物理学哲学研究途径之间的差别就是泾渭分明的，恰恰相反，正如我们在上面叙述中已经表露出来的那样，这些研究途径之间是紧密相连、相辅相成的，其区别只在于我们研究的问题倾重点不同罢了。任何最新自然图景的构建都要建立在自然科学前沿的研究成果之上，对自然科学前沿问题的正确理解就是构建新自然图景的关键所在。但任何新理论成就的取得又都离不开概念的更新和对这些概念的澄清。上述研究当然也离不开对物理学方法的反思和创造。总之，当代物理学哲学是对物理学的历史与现状进行全面反思的一门哲学分支学科，它的研究既会对物理学的进一步发展有一定的启发作用，也由于涉及到哲学的本体论、认识论和方法论的各个方面，又会对丰富和发展当代哲学做出应有的贡献。
近年来，我国一些物理学家和自然辩证法工作者运用辩证唯物主义思想，从以上各条途径上全面展开了研究，尤其是对物理学前沿科学成果所产生的哲学问题的辩论，例如，涉及到大爆炸宇宙学的有关宇宙有限无限问题，涉及到“夸克禁闭”现象的物质是否无限可分问题，对有关EPR悖论的阿斯佩克特实验结果的理解问题等等，都引起了哲学界和部分物理学家的广泛关注。我们还注意到，国内一些哲学教科书已经根据上述问题的讨论充实和更新了有关的教学内容，这是值得欣慰的。但我们也应当看到，我国目前物理学哲学研究的水平与国外同行相比还有一定差距。其主要表现就是对当代物理学基本思想的理解还不深，还难以提出独到的令物理学界和哲学界都信服的观点，而当年赖辛巴哈、波普尔、邦格等哲学家参与有关量子力学基础问题的争论时，都曾提出过令当时还健在的量子力学创始人和众多诺贝尔物理学奖金得主都不得不重视的观点。（参见〔（3）〕、〔（4）〕、〔（5）〕）这主要是因为我国第一流的物理学家关心物理学哲学的人数还太少，而受过专门物理学训练的哲学工作者（包括自然辩证法工作者）也不多，二者之间交流的机会就更少。我们热情地期待，会有更多的哲学和物理学工作者参加到物理学哲学研究的行列中来。
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强、弱、电三种相互作用的标准模型的建立与精确检验是20世纪物理学最伟大的成就之一，它把基本粒子的强、弱、电三种相互作用的描述成功地统一起来，成为人类揭示最深层次物质结构的强有力的工具。但是，迄今一直未能把引力统一进来始终是极大憾事。究其原因在于引力的量子化带来一系列长期困扰物理学界，至今仍难以解决的严重问题。积极探寻这些问题的解决办法，近年来成为理论物理学家极为关注的热点。本书正是作者为解决问题而孜孜不倦、努力奋斗的结果。在本书中作者认真地考查了这些研究活动所涉及的物理概念与哲学基础，特别是评论了人们提出的各种建议与模型的前提和自洽性。
作者曾与L.Susskind合作写过一本关于黑洞的书，介绍静态几何的量子物理与相对论以及视界物理的一些信息。然而作者最近研究表明对于一旦纳入动力学描写时，这些结果必须做一些定性的修改。本书是作为以前出版的那部书的进一步详细的阐释和扩充，但是也包含了一些新的材料，其中包括详细考查在相对论框架内纳入量子力学的基本自洽性，包括了动力学空间相关几何学，并扩展了前一本书写作中涉及物理学基础的一些讨论，尝试探讨微观物理学中可以与引力的微观理论自洽的内容。本书特别强调：在寻找最优雅的物理现象的模型时人们必须记住：物理学是一门实验科学。他希望以此激励读者对于新知识，特别是通过实验探索物质性质的兴趣。
全书内容分成两大部分，共包括9章。第一部分 伽利略相对论与狭义相对论，含第1-4章：1.经典狭义相对论；2.量子力学、经典力学和狭义相对论；3.粒子相互作用的微观形式；4.量子力学中的群论。 第二部分 广义相对论，含第5-9章：5.广义相对论基础； 6.弯曲时空背景中的量子力学；7.视界与陷俘区的物理学； 8.宇宙学； 9.相互作用系统的引力。
本书以物理系和自然哲学领域的大学生和研究生以及数学和粒子物理领域的研究人员为主要的读者对象。对于物理模型以及与主流物理学自洽的实验感兴趣的理论物理与自然哲学家也是一部重要的参考书。但阅读本书的读者应当具有量子力学、广义相对论、统计物理学和物理学基础知识。
一、反常霍尔效应的前世
（一）霍尔效应
霍尔效应是美国物理学家霍尔于1879年发现的一个物理效应。在一个通有电流的导体中，如果施加一个垂直于电流方向的磁场，由于洛伦兹力的作用，电子的运动轨迹将产生偏转，从而在垂直于电流和磁场方向的导体两端产生电压，这一现象就是霍尔效应。
霍尔效应在应用技术中非常重要，特别是在现代汽车上广泛得到应用。
（二）量子霍尔效应
作为微观电子世界的量子行为在宏观尺度上的完美体现，量子霍尔效应（强磁场中，纵向电压和横向电流的比值随着磁场增强而出现的量子化特点）一直在凝聚态物理研究中占据着极其重要的地位。1980年左右，德国科学家冯·克利青发现了整数量子霍尔效应，获得1985年诺贝尔物理学奖。1982年，美国物理学家崔琦和施特默等发现了分数量子霍尔效应，这个效应不久由另一位美国物理学家劳弗林给出理论解释，他们三人荣获1998年诺贝尔物理学奖。
量子霍尔效应在未来电子器件中发挥特殊的作用，可以用于制备低能耗的高速电子器件。例如，如果把量子霍尔效应引入计算机芯片，将会克服电脑的发热和能量耗散问题。然而它需要的强磁场设备不但价格昂贵，而且体积庞大（衣柜大小），也不适合于个人电脑和便携式计算机。
二、反常量子霍尔效应
1880年，霍尔在研究磁性金属的霍尔效应时发现，即使不加外磁场也可以观测到霍尔效应，这种零磁场中的霍尔效应就是反常霍尔效应。反常霍尔效应与普通的霍尔效应在本质上完全不同，反常霍尔效应是由于材料本身的自发磁化而产生的，因此这是一个全新的量子效应，有可能是量子霍尔效应家族的最后一个重要成员。如果能在实验上实现零磁场中的量子霍尔效应，利用其无耗散的边缘态发展新一代的低能耗晶体管和电子学器件，从而解决电脑发热问题和其它的一些瓶颈问题，推动信息技术的进步。但反常霍尔效应的量子化对材料性质的要求非常苛刻，美国、德国、日本等科学家未取得最后成功。
2009年，清华大学薛其坤院士带领团队向量子反常霍尔效应的实验实现发起冲击。
2010年，中科院物理所的方忠、戴希理论团队与拓扑绝缘体理论的开创者之一、斯坦福大学的张首晟等合作，提出了实现量子反常霍尔效应的最佳体系。由清华大学的薛其坤、王亚愚、陈曦、贾金锋研究组，与中科院物理所的马旭村、何珂、王立莉研究组及吕力研究组组成的实验攻关团队合作，开始向量子反常霍尔效应的实验发起冲击。截止到2013年的四年中，团队生长和测量了1000多个样品，利用分子束外延的方法使之长出一层几纳米厚的薄膜，然后再掺进去铬离子，生长了高质量的磁性掺杂拓扑绝缘体薄膜，将其制备成输运器件并在几毫开的极低温度环境下对其磁电阻和反常霍尔效应进行了精密测量。终于发现在一定的外加栅极电压范围内，此材料在零磁场中的反常霍尔电阻达到了量子霍尔效应的特征值h/e2～25800欧姆，世界难题得以攻克。薛其坤院士说：这是我们团队精诚合作、联合攻关的共同成果，是中国科学家的集体荣誉。
三、量子反常霍尔效应的意义及发展前景
量子反常霍尔效应之所以如此重要，是因为效应可能在未来电子器件中发挥特殊作用，无需高强磁场，就可以制备低能耗的高速电子器件，例如极低能耗的芯片——这意味着计算机未来可能更新换代。
霍尔效应是诺贝尔奖的富矿。最近一次也是第三次与霍尔效应有关的诺贝尔奖是2010年的诺贝尔物理奖。2005年，英国科学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫成功地在实验中从石墨中分离出石墨烯，在常温下观察到量子霍尔效应。他们于2010年获诺奖。石墨烯这种“超薄的碳膜”厚度只有0.335纳米，是至今发现的厚度最薄和强度最高的材料。
此外，量子自旋霍尔效应于2007年被发现，2010年获得欧洲物理奖，2012年获得美国物理学会巴克利奖。
如果对该定理的证明成立的话，对于今后以超越目前标准模型来解释物理现象的尝试，将很可能具有引导的作用，而且一定可以运用在大型强子对撞机未来可能发现的任何未知粒子的研究上。大型强子对撞机位于瑞士日内瓦附近的粒子物理实验室，该实验室简称CERN（European Organization for NuclearResearch，欧洲核子研究中心）。
卡迪是英国牛津大学的理论物理学家，他表示：“我很高兴。如果这个证明是对的，那我1988年提出的假说能够成立。”
卡迪的假说称为“a定理”，认为以能量激发量子场的方式，在高能状态时比在低能状态时为多。
位于以色列雷霍沃特的魏茨曼科学研究所的学者左哈·寇马高斯基和亚当·施维默，在2011年7月对卡迪的假说提出了证明。在经过其他理论物理学家的检验之后，他们的论证如今渐渐获得接受。
美国新泽西州普林斯顿高等研究院的理论物理学家奈森·塞博格说：“我认为这个论证正确的可能性很高。”
统一原理
由于很多量子场理论尚未被完全解答，所以无法对粒子的活动做综合性的预测，量子色动力学即为一例。这个描述夸克和胶子之间交互作用的强核力理论，其尚未完全解答的部分，让物理学家无法把对高能量、近距离尺度的夸克和远距离、低能量尺度的粒子，例如质子和中子等的研究连接起来。
罗伯特·麦尔斯是加拿大滑铁卢皮瑞米特研究所的理论物理学家。他表示，虽然有许多研究试图把近距离与远距离尺度的量子场理论联系起来，但实际上，其中能够适用于所有理论的通则很少。
不过，卡迪的a定理有可能成为这样的一种通则。a定理的一个版本在二维的情形中已经被证实，但卡迪认为在四维的情形下也会成立，譬如我们现在生活的这个三维空间加上时间。不幸的是，该定理在2008年时似乎被了，因为当时有两位物理学家提出了反例：一个违反卡迪a定理规则的量子场理论。
之后，塞博格和他的同事于2010年重新检验这个反例，并发现了其中的瑕疵。此举为其他学者检验卡迪的假说以及施维默和寇马高斯基提出证明铺了一条路。
虽然施维默和寇马高斯基的证明未臻完善，尚有需要厘清的部分和详细检查的步骤，但麦尔斯认为该证明是对的。他说：“如果这个证明全面完成了，将成为一个威力强大的原理，如果不够完整，也仍然是大多数情况下可成立的通则。”
肯·印德利盖特是加利福尼亚州圣地亚哥大学的理论物理学家。他对这一说法表示同意，并补充说明：数学家要求证明一定要毫无破绽，但是物理学家通常只要这个证明在大多数情况下是对的，就可以了，并且对于任何进一步深入的探究都非常感兴趣。
麦特·斯特瑞斯勒是位于新伯朗斯威的新泽西州罗格斯大学的理论物理学家。在其博客中，他认为这个证明成就非凡，因为一旦有一个精巧的想法确立了之后，整个论证就会水到渠成。
基础日益稳固
现在卡迪的假说得到了有力的支持，很可能会被更加广泛地运用。其中成果最丰富的将会是量子场研究领域中众多企图超越标准模型而提出的统一物理学理论，包括超对称理论。根据超对称理论，所有已知的粒子都有一个尚未发现且超重的对应粒子。a定理的用处是可以根据一个理论在低能量范畴所做出的预测来帮忙缩小在高能量状态时预测的范围，反之亦然。
物理学家希望大型强子对撞机可以找到超对称现象的证据或其他标准模型以外的粒子，到时候理论物理学家会需要所有可用的方法来解释这些发现。麦尔斯预言a定理“将会是理论物理学家理解物理现象的指导工具”。
爱因斯坦的广义相对论说，宇宙源自奇点大爆炸。但这理论并不具备完善的时空量子结构，因此，我们无从得知物质紧密汇聚的极限与引力强度的范围。物理学家需要一套新的量子引力理论，才能明了究竟发生了什么事情。
根据“圈量子引力理论”，空间可被细分为许多具有体积的“原子”单位。由于它们仅有有限的容量可储存物质与能量，因此奇点是无法真正存在的。
若果真如此，宇宙产生的时间就有可能推到大爆炸之前。大爆炸前的宇宙或许曾非常剧烈地收缩成具有极大密度的一点，然后反转整个过程。简单地说，就是由大崩塌导致大反弹，最后才变成大爆炸。
由于原子的概念在现代已经是老生常谈，我们很难想象它曾经是个多么荒诞不经的想法。几个世纪前，当科学家第一次假设原子存在时，他们绝望地认为这么小的东西绝不可能观测得到，甚至有许多人质疑原子这样的概念是否合乎科学。不过，原子存在的证据逐渐累积，终于在1905年因为爱因斯坦分析了液体中微尘颗粒随机跳动的布朗运动，达到了高峰。即便如此，物理学家仍然花了20年才提出解释原子的理论， 也就是量子力学。又过了30年之后，物理学家米勒才第一次用显微镜观察到原子的身影。今天，物理学各领域的发展，几乎都以物质原子的特殊性质为基础。
物理学家对时间与空间组成的理解亦经过了类似的过程，但还未达到成熟的阶段。正如从物质的行为可看出它们是由原子构成的一样，空间与时间的行为也暗示了它们具有某些细微的结构――可能是由类似 “时空原子”组成的马赛克构造，或是某种网状系统。物质原子是化合物不可分割的最小单位；同理，想象中的“时空原子”是时空不可分割的最小单位，一般认为它们的直径只有大约10-35米，小到连当今可探测到10-18米的距离的最强大的仪器都无法看到。所以，许多科学家甚至质疑这种“时空原子” 的概念是否合乎科学原理，不过， 也有许多科学家不受影响，相继提出间接观测“时空原子”的方法。
看似最有希望的方式，与宇宙的观测有关。如果能倒转宇宙的时间，我们所见的星系会全都汇聚到一个无限小的点：大爆炸奇点。爱因斯坦的广义相对论预言，宇宙在该点上具有无穷大的密度与温度，一般认为，这是宇宙的起点，物质、空间与时间从此诞生。不过，这种诠释有些过头了，因为无限大的数值表示广义相对论本身在此失效。为了理解大爆炸时究竟发生了什么，物理学家必须发展出一套超越相对论的、能够捕捉到时空细微结构的量子引力论，以攻克广义相对论完全无能为力的问题。
该结构的细节产生于太初宇宙的致密环境中，从现今物质与辐射的分布上或许能看出一些蛛丝马迹。简单地说，假如“时空原子”确实存在，我们将不会像物质原子一样得花上好几百年才找到证据。靠点运气，我们或许就能在未来10年内知道此事的大致轮廓。
物理学家已经设计出一些量子引力的可能理论，每个理论都将量子原理以不同的方式应用在广义相对论上。我的工作锁定在“圈量子引力理论”，那是在20世纪90年代经过两个步骤发展出来的理论。首先，理论物理学家以数学方法重新将广义相对论公式化，让它看起来很像古典的电磁理论；这一理论就是因为模拟于电场和磁力线而得名的。其次，依循某些与扭结数学相同的创新程序，将量子原理应用到环圈上，以此导出的量子引力理论，预测了“时空原子”的存在。
其他的理论，像弦理论与所谓的“因果动力三角形”等，并没有预言“时空原子”，但认为有其他的方式可让极短的距离成为不可分割的物理量。这些理论间的差异已引起了许多争论，但对我而言，它们之间的矛盾并没有大到不可调和的地步。举例来说，若想统一在微弱引力状况下粒子间的交互作用，弦理论是非常有用的理论，但若想分析在引力场强大的奇点上究竟发生了什么事情，“圈量子引力”的原子建构则更为有效。
圈量子引力理论
“圈量子引力理论”是由阿贝・阿希提卡、李・施莫林、卡洛・洛华利等人发展出来的量子引力理论，与弦理论一起成为目前将引力论量子化最成功的理论。
物理学家阿贝・阿希提卡称：“尽管爱因斯坦广义相对论在解释宇宙方面表现出众，甚至可以描述到宇宙的起源，但是在接近宇宙大爆炸时，物质密度变得极大，相对论就不再适用了。要解释大爆炸之前的宇宙，我们就得应用量子理论，而在爱因斯坦时代，这种理论还没有出现。”
阿希提卡和他的两位博士后研究员托马斯・保罗斯基和帕姆普里特・辛格，正试图用量子理论解释大爆炸前的宇宙形态。他们利用“圈量子引力理论”建立了数学模型，可以直接描述宇宙大爆炸，甚至解释爆炸前的情景。另一方面，阿希提卡说，在大爆炸之前存在着另一个时空几何的宇宙，与现在的宇宙十分相似，只是它不是在膨胀，而是随着时间的推移逐步缩小。他还说，其实宇宙的变迁并非传统意义上的大爆炸，而是一次量子跳跃。
“圈量子引力理论”被认为是将广义相对论和量子物理学相统一的最有效手段。“这种理论假定时空几何本身有离散的‘原子’结构，”阿希提卡解释道，“与我们熟悉的时空连续性不同，‘圈量子引力理论’认为空间是由一维量子构成，在接近大爆炸时，这种构造被剧烈地打破，量子自身的属性使得物质引力相互排斥，而非相互吸引。
这个暑假，读完了《时间简史》，我才知道自己在这个物理学大师面前是有多么的渺小，斯蒂芬霍金。大师带给我们的，是物理学的精华，根据他的文字，我有一些自己的想法。
首先是书里面提到的思想，这种思想对于现代物理学的进步有重大的意义，既将经典广义相对论与量子理论的结合。现代物理学近百年的发展史来看，许多人都在做类似的尝试，包括爱因斯坦他自己也在做与量子理论相和谐的相对论的延伸理论，不过他知难而退了，最后他把目光又放在了宇宙常数上，这是这个天才的失败之处。不少人为了量子理论和相对论的和谐，做了许多边缘学科，但我个人认为，都不如霍金大师做的那么彻底——量子引力论，量子是物质粒子的非连续运动，而所有的量子困惑都起源于这种非连续运动。量子理论与引力的结合，即量子引力理论，目前还处于研究阶段。这种理论的历史说来话长，着名的广义相对论家彭罗斯在昌德拉塞卡解出Dirac方程后，和霍金一道证明了黑洞的面积定理，随后霍金做出了黑洞热辐射定理，既从黑洞面积的非减性能让人自然而然的想起叫做熵的物理量，黑洞处也具有熵的特性。
从数学角度来看，不管量子引力论是不是大统一理论，但它有它的意义，对物理学有很好的影响。
霍金对于时间箭头的描述十分有趣，让我不禁想起曾经寻根究底的哲学与科学理论齐头并进的时代，但是现在科学对于哲学家来说，太具有数学化了，使得维特根斯坦都说：哲学只剩下了分析语言了。
时间箭头分为三种，1、热力学箭头，根据热力学第二定律熵总是随着时间的推移而增加，反之时间随着熵的增加而推移。2、心理学时间箭头，既我们认为时间的推移方向。3、宇宙学时间箭头，宇宙随着时间的推移而膨胀，反之时间随着宇宙膨胀而推移。
由于用数学方法建立稳态的宇宙模型是非常艰难的一件事，所以，我们规定，我们的世界中时间算是实时间，我们可以假设有一种虚时间，用虚数来计量时间，在虚时间的宇宙里没有奇点，所以，在虚时间里，不会有任何科学定律被违反，但是在实时间里，注定会有一个奇点，科学定律注定会在此处被违反，但我们的疑惑是我们生活在的世界里，是否一定是实时间？我们目前的发现不足以证明我们的宇宙中存不存在奇点，这种将是个谜。
初三:量子的意志
量子力学完美地解释了在各种尺度之下物质的行为，在所有物质科学中是最成功的理论，但也是最诡异的理论。
在量子领域里，粒子似乎可以同时出现在两个地方，信息传递速度可以比光速快，而猫可以同时既是死的又是活的！物理学家已经对这些量子世界中吊诡的事情困惑了90年，但他们现在还是一筹莫展。当演化论和宇宙论已经成为一般知识时，量子理论仍然让人认为是奇特的异常事物；尽管在设计电子产品时，它是很棒的操作手册，此外就没什么用处了。由于人们对于量子理论的意义有着深度混淆，便继续加深一种印象：量子理论想急切传达的深奥道理，与日常生活无关，而且因为过于怪异，以至于一点也不重要。
在2001年，有个研究团队开始发展一种模型，或许可以去除量子物理的吊诡之处，至少也会让这些吊诡不那么令人不安。这个模型被称为量子贝氏主义，它重新思考波函数的意义。
在正统量子理论中，一个物体（例如电子）可用波函数来表示，也就是说波函数是一种用来描述物体性质的数学式子。如果你想预测电子的行为，只需推导出它的波函数如何随时间变化，计算的结果可以给你电子具有某种性质（例如电子位于某处）的概率。但是如果物理学家进一步假设波函数是真实的事物，麻烦就来了。
量子贝氏主义结合了量子理论与概率理论，认为波函数不是客观实在的事物；反之，它主张把波函数作为使用手册，是观察者对于周遭（量子）世界做出适当判断的数学工具。明确一点讲，观察者了解一件事：自己的行为与抉择会无可避免地以无法预测的方式影响被观测系统，因此用波函数来指明自己判断量子系统具有某种特定性质的概率大小。另一个观察者也用波函数来描述他所看到的世界，对于同一量子系统而言，可能会得到完全不同的结论。观察者的人数有多少，一个系统（一个事件）可能拥有不同的波函数就有多少。在观察者相互沟通、并且修正了各自的波函数以涵盖新得到的知识之后，一个有条理的世界观就浮现了。
最近才转而接受量子贝氏主义的美国康奈尔大学理论物理学家摩明这么说：“在此观点之下，波函数或许是‘我们所发现最有威力的抽象概念’。”
波函数不是真实的事物，这种想法早在20世纪30年代就出现了，那时量子力学创建者之一的尼尔斯·波尔在其文章中已经这么说。他认为量子理论仅仅是计算工具，即量子论只是“纯符号性”的架构而已，而波函数是工具的一部分。量子贝氏主义是第一个为波耳的主张找到数学基础的模型，它把量子理论与贝氏统计结合起来。贝氏统计是一门有200年历史的统计学，这门学问把“概率”定义成某种类似“主观信念”的事物。一旦新信息出现，我们的主观信念也必须跟着更新。针对如何更新，贝氏统计定下了明确的数学规则。量子贝氏主义把波函数解释成一种会依据贝氏统计规则来更新的主观信念，如此一来，量子贝氏主义的鼓吹者相信神秘的量子力学吊诡就消失了。
以电子为例，每当我们侦测到一个电子，就会发现它一定是位于某个位置；但是当我们不去看它，则电子的波函数可能是散开的，代表了电子在某一时刻处于不同地方的可能性；如果我们再去看它，又会看到电子出现在某一个位置。根据标准说法，观测促使波函数在一瞬间“崩陷”而集中于某一个位置之上。
空间各处的崩陷发生于同一时刻，这种情形似乎违背了“局域性原理”（即物体的任何改变一定是由其附近的另一物体所引起的），如此一来就会引发一些如爱因斯坦称为“鬼魅般的超距作用”的困惑。
量子力学一诞生，物理学家就知道“波函数的崩陷”是这个理论深深困扰人的一项特点。这个令人不安的谜促使物理学家发展出各种量子力学的诠释，但是都没能完全成功。
然而量子贝氏主义说量子力学根本没有任何诡异之处。波函数崩陷只是表示观察者依据新信息，忽然且不连续地更新了他原先分配的概率，就好像医生依据新的计算机断层扫描结果，而修正了对癌症病人病况的判断。量子系统并没有经历什么奇怪、不可解释的变化，改变的是（观察者选用的）波函数，波函数呈现的是观察者个人的期待。
关键词：量子通信定义 量子通信理论由来 驳倒爱因斯坦的实验论据
一、量子通信定义
量子通信（Quantum Teleportation）是指利用量子纠缠效应进行信息传递的一种新型的通讯方式。量子通讯是近二十年发展起来的新型交叉学科，是量子论和信息论相结合的新的研究领域。量子通信主要涉及：量子密码通信、量子远程传态和量子密集编码等，近来这门学科已逐步从理论走向实验，并向实用化发展。高效安全的信息传输日益受到人们的关注。基于量子力学的基本原理，量子通信具有高效率和绝对安全等特点，并因此成为国际上量子物理和信息科学的研究热点。
二、量子通信理论由来
“1935年5月的一天早晨，爱因斯坦像往常一样准时来到普林斯顿高等研究院的办公室。他来普林斯顿小镇快两年了，已经熟悉并开始喜欢这个恬静的“室外桃园”。办公桌上放着他和助手波多尔斯基、罗森一起刚刚发表在《物理评论》上的论文。他拿起来看了看，脸上露出孩子般顽皮的微笑――这回他终于可以战胜老对手玻尔了。与此同时，在大西洋彼岸的哥本哈根大学玻尔研究所，爱因斯坦的文章立刻引起了物理学家玻尔的关注和不安。这对他来说简直是个晴天霹雳！玻尔立刻放下所有的工作，他说：‘我们必须睡在问题上。’爱因斯坦和玻尔是20世纪两位最伟大的物理学家，他们都为量子理论的建立做出了奠基性的贡献。然而，他们对于这个理论的含义却一直争论不休。这一争论被称为‘关于物理学灵魂的论战’。”――引自郭光灿院士《爱因斯坦的幽灵：量子纠缠之谜》。
郭光灿院士书中所指的“物理学灵魂”的论战，与“量子纠缠”现象有着莫大的关系。 在量子力学中，有共同来源的两个微观粒子之间存在着某种纠缠关系，不管它们被分开多远，只要一个粒子发生变化就能立即影响到另外一个粒子，即两个处于纠缠态的粒子无论相距多远，都能“感知”和影响对方的状态，这就是量子纠缠。尽管爱因斯坦最早注意到微观世界中这一现象的存在，但却不愿意接受它，并斥之为“幽灵般的超距作用（spooky action at a distance）”。
三、驳倒爱因斯坦的实验论据
对EPR实验的验证始于1960年，在1980年终于获得有说服力的结果。这些是实验大多都是以光子来做为自旋关联。主要是利用院子的级联辐射，选择出光子动量为0的情形。1982年，法国物理学家艾伦•爱斯派克特（Alain Aspect）和他的小组成功地完成了一项实验，证实了微观粒子“量子纠缠”（quantum entanglement）的现象确实存在，这一结论对西方科学的主流世界观产生了重大的冲击。它证实了任何两种物质之间，不管距离多远，都有可能相互影响，不受四维时空的约束，是非局域的（nonlocal），宇宙在冥冥之中存在深层次的内在联系。
四、突破传统的通信方式
1993年，C.H.Bennett提出了量子通信的概念;同年，6位来自不同国家的科学家，提出了利用经典与量子相结合的方法实现量子隐形传送的方案：将某个粒子的未知量子态传送到另一个地方，把另一个粒子制备到该量子态上，而原来的粒子仍留在原处。在量子通信系统中，共享信息的两个人必须共享几乎一致的两个成对产生并永远缠结在一起的光子。一旦信息被带到第一个光子上，它将会消失并重现在第二个光子上，以实现不加外力方式传输信息。不加外力传输的概念是以量子物理学为基础的，它所使用的是具有波、粒两重性但没有电荷和质量的光子，而不是常规使用的电子。在量子通信中，报文是以不加外力传输方式传输的。不加外力传输方式就是使信息在一个地方消失，从而使其能在另一个地方出现的过程。它不需要通过空中、太空或线路传输。在这一过程中，发送者与接收者共享所需光子的数量，决于所发送报文的长度。在量子通信中，由于光子只能成对产生，因此，所有量子的不加外力方式只能在一个发送者和一个接收者之间进行。如果接收者需要将报文传送给其他人，则每次必须共享和使用缠结在一起的新的一对光子。因此，量子网络必须一个链路一个链路地建立。
利用量子信息技术之一量子密码术，可实其基本思想是：将原物的信息分成经典信息和量子信息两部分，它们分别经由经典通道和量子通道传送给接收者。经典信息是发送者对原物进行某种测量而获得的，量子信息是发送者在测量中未提取的其余信息；接收者在获得这两种信息后，就可以制备出原物量子态的完全复制品。该过程中传送的仅仅是原物的量子态，而不是原物本身。发送者甚至可以对这个量子态一无所知，而接收者是将别的粒子处于原物的量子态上。在这个方案中，纠缠态的非定域性起着至关重要的作用。量子隐形传态不仅在物理学领域对人们认识与揭示自然界的神秘规律具有重要意义，而且可以用量子态作为信息载体，通过量子态的传送完成大容量信息的传输，实现原则上不可破译的量子保密通信。
五、量子通信的发展状况
量子通信具有传统通信方式所不具备的绝对安全特性，不但在国家安全、金融等信息安全领域有着重大的应用价值和前景，而且逐渐走进人们的日常生活。
为了让量子通信从理论走到现实,从上世纪90年代开始,国内外科学家做了大量的研究工作。自1993年美国IBM的研究人员提出量子通信理论以来，美国国家科学基金会、国防高级研究计划局都对此项目进行了深入的研究，欧盟在1999年集中国际力量致力于量子通信的研究，研究项目多达12个，日本邮政省把量子通信作为21世纪的战略项目。我国从上世纪80年代开始从事量子光学领域的研究，近几年来，中国科技大学的量子研究小组在量子通信方面取得了突出的成绩。
2006年夏,我国中国科技大学教授潘建伟小组、美国洛斯阿拉莫斯国家实验室、欧洲慕尼黑大学―维也纳大学联合研究小组各自独立实现了诱骗态方案，同时实现了超过100公里的诱骗态量子密钥分发实验，由此打开了量子通信走向应用的大门。2008年底，潘建伟的科研团队成功研制了基于诱骗态的光纤量子通信原型系统，在合肥成功组建了世界上首个3节点链状光量子电话网，成为国际上报道的绝对安全的实用化量子通信网络实验研究的两个团队之一（另一小组为欧洲联合实验团队）。
“纠缠”是量子力学的一个基本特征，而且这种现象有多种不同的形式。日前，瑞士苏黎世联邦理工学院的物理学家和数学家显示了怎样把不同形式的量子“纠缠态”有效而系统地分类。研究人员指出，这一方法非常重要，因为它有助于预测将一种量子态应用于新技术的可能性有多大。
量子现象通常在经典物理学中找不到相匹配的部分，典型例子就是量子纠缠：纠缠的粒子之间无论相隔有多远，好像都能直接地互相影响，就像能隔着任意遥远的空间互相“通信”似的。爱因斯坦曾把这种行为叫做“幽灵般地超距作用”。当两个以上粒子相纠缠时，它们之间的互相影响表现为不同的形式。纠缠现象为何有这些不同的表现，科学家尚未完全理解，至今也还没有一般性的方法，系统地将纠缠状态划分类别。现在，研究小组开发出一种方法，能把既定的量子态归入某一类可能的纠缠态。
该方法指出，不同类型的纠缠态与几何形体即多面体有关，这些形体代表“空间”，也就是某种纠缠的可用空间。一种给定的状态是否属于某种多面体，可以通过检测个别粒子来确定，而检测方法有很多。新方法通过检测个别粒子来描述纠缠态特征的可能性，不仅效率很高，而且不必同时检测许多粒子，这是与其他方法的不同之处，也意味着它能扩展到多粒子系统。
该校理论物理学院教授马提亚·克里斯丹德解释说：“对3个粒子来说，有两种根本不同的纠缠类型，一种是通常认为的更‘有用’的。而对4个粒子来说，粒子间纠缠的方式已近乎无数种，随着每增加一个粒子，纠缠的复杂程度会迅速增加。”论文第一作者、他的博士生迈克尔·沃特说，“我们的纠缠多面体方法，把这些状态划分为有限的体系，大大减少了复杂性。”
多粒子量子系统可能在未来技术中发挥重要作用，做到在经典物理学框架下完全不可能的事情。从反窃听信息传输、解决计算难题的高效算法，到改进照相印刷分辨率的技术等。在这些应用中，纠缠态是基本资源，精确地表现了经典物理学与量子力学不同的地方。在合适使用的情况下，这些复杂状态为各种新奇应用开辟了道路。
研究人员在计算中显示，纠缠多面体的方法不仅是一种简洁的数学构造，而且在现实实验条件下也能可靠地发挥作用，这预示着新方法可以直接用于那些使用了新奇量子技术的系统。
