量子力学未来的路在何方?

       现在是2020年的年末,正是120年前的今天,普朗克在德国物理年会上宣读了那篇名垂青史的《黑体光谱中的能量分布》。从此,新世界的大门似乎是被打开了一条门缝,从门缝中,我们隐约可以看见整个20世纪物理学的腥风血雨:那是经典牛顿理论和量子学说的碰撞;是波动学说和粒子学说的华山论剑;是哥本哈根舍我其谁的世纪称霸。

       当时光再次流转到今日,人们不禁悄然叹气。没错,相比较于过去几十年量子力学的黄金年代,如今的量子力学似乎青春不再。量子计算、量子通信为人们提供了更为广阔的应用场景,但值得注意的是,当哥本哈根学派将量子论的大厦建立起来之时,我们似乎缺少了材料去将这座辉煌的大厦封顶。薛定谔的方程在结合了电磁力、强相互作用力、弱相互作用力之后,却始终不能将引力,也就是广义相对论纳入其中,物理学大一统的梦想似乎摇摇欲坠。那么在未来,我们究竟有没有可能去解决这个问题?量子力学的路,究竟在何方?

       目前看来,想要解决统一的问题,超弦理论是最接近正确答案的。在1995年南加州大学召开的超弦年会上,爱德华·威顿证明了不同耦合常数的弦论在本质上是相同的,使得弦论不再自相矛盾,走向统一。但问题还没有得到解决,弦理论还不够强大,以至于它自身还不能很好的解释宇宙膨胀和真空问题,而且十一维的空间似乎也让人无法接受。那弦论究竟有没有未来?是站不住脚,像隐变量理论那样逐渐被人们抛弃;抑或是进行不断的突破,自圆其说,在引力和量子论间站住阵脚,带来更大的革新直至物理学的统一?无人知晓。但不可否认的是,弦论给我们带来了一些启发:在非微扰意义下,量子和经典的界限是模糊的,就像电子的微粒性质和波动性质一样。

       2016年2月11日,LIGO团队宣布发现引力波,这也证明了广义相对论的正确性,爱因斯坦的预言再次得到证实,同时,天文观测的最后一片空白也被填补。说来讽刺,人们苦心钻研量子,却越来越糊涂,上帝究竟掷不掷骰子?爱因斯坦的广义相对论没有任何纰漏,量子论似乎也无刺可挑,引力量子化还要有很长的一段路要走。而前路漫漫,必定充满但艰难险阻,但我们有理由相信,那一天终将会到来。

于琳恩

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