论文问一个预言第二次量子革命物理学家是关于物理学家方面的的相关大学硕士和相关本科毕业论文以及相关最伟大物理学家20排名论文开题报告范文和职称论文写作参考文献资料下载。
文小刚：做科学探索,没有预期的预期,是最好的预期
人物等于P
文小刚等于W
P：2016年10月,你因为拓扑序理论及应用获巴克利奖,而你最早提出这一概念是在1989年.27年过去,你的研究有了哪些突破,为什么拓扑物态逐渐成为凝聚态物理研究的热点?
W：世界上有很多物质态,像液态,气态,各种晶格,各种各样的铁磁、泛铁磁态,做凝聚态物理就是研究各种物质状态的.怎么用一个理论描写所有的物质状态呢?朗道（列夫·达维多维奇·朗道,因凝聚态特别是液氦的先驱性理论,被授予1962年诺贝尔物理学奖）就提出,物质的状态之所以不同是因为对称性不同,物质从一个相变到另一个相的相变,是一个对称性的变化.这就是很有名的朗道对称性破缺理论.长期以来,大家觉得郎道理论能描写所有的物态和所有的相变.所以很多人觉得凝聚态物理做到头了.因为有一个理论把所有的物质态都包括了,下来也没有什么好做的了.正是在这个背景下,我提出了拓扑序的理论.
当时我是在做高温超导,自旋液体,这个自旋液体呢,就是一个没有对称破缺、没有任何自旋排列结构,这样一个无序的状态.后来,我在理论研究中发现,有好几种不同的无序态,它们的对称性都完全一样.没法用对称性理论来区分.我就觉得,这里面有玩意,应该是以前没有发现的一个超出对称性的一个物质结构.我发现,这种类型的物质态,虽然不能够用对称性来区别它们,但是可以用其不同的拓扑性质来区别它们.所以我就把这种新状态叫做拓扑序.后来又花了差不多十几年的时间才明白,原来这个拓扑序就是多体量子纠缠的构形.量子计算、量子纠缠只有到1995年之后,才变得非常热门.但是早期拓扑序这个名字就留下来了,没有把它重新叫做量子纠缠序.
拓扑序这个概念的重要性,就在于它指出我们有一个未发现的新大陆新世界.而这一新世界中的主角,不是对称性,而是量子纠缠.这一新的世界观,甚至把物质材料理论跟基本粒子理论联系起来了.我们的真空本身可能就是一个物质,是由很多很多量子比特所组成的,量子比特中间有很多纠缠.如果这个量子纠缠合适的话,那么这一量子比特海就可以产生所有的基本粒子.这就回到150年前的以太的说法,麦克斯韦（詹姆斯· ·麦克斯韦,经典电动力学的创始人）发现他的方程之后呢,他总觉得电磁波是某种媒介的波动.这种媒介被叫做以太.可是以太一直没有发现,大家就放弃了.现在以太又回归了,它就是高度纠缠的量子比特海.这一量子比特海不仅能给出光子,还能给出其它所有基本粒子.所以拓扑序量子纠缠,除了新的物质态之外,还能够对基本粒子起源提出一个新的看法.
P：每次物理革命都伴随着新数学的发展,你现在的研究又需要怎样的数学工具?
W：因为拓扑序所对应的多体量子纠缠是一个新现象,这时候就有意思了.新现象总是要用新语言来描写,而新的语言数学家有没有发明,就看你的运气了.这种新现象需要新数学,在历史上,发生过很多次.
第一次物理革命我们叫做机械革命.当时牛顿研究他的牛顿力学的时候,描写牛顿力学的工具还没有发明.牛顿很了不起,他既发明了牛顿力学,又发明了数学工具微积分.所以当时数学和物理是齐头并进的.
第二次麦克斯韦电磁革命,就运气一些.因为电磁革命所需要的数学语言,偏微分方程之类的,当时已经发明了.所以麦克斯韦不用发明新数学,只要拿来用就好了,用已知的数学就能描写电磁波现象.这一理论统一了电,磁,和光学现象.
第三次革命是爱因斯坦发明他的广义相对论.当时需要用到黎曼几何,爱因斯坦不太懂黎曼几何,所以他写他的理论时比较困难.但是黎曼几何已经被发明了,所以他学一学就可以把他的理论写出来.
量子力学呢,是第四次物理大革命,要用到的线性代数早就被发明了,所以不用再发明.量子力学是一个非常深刻的革命,它统一了波和粒子的概念,统一了频率和能量.
这次由拓扑序多体量子纠缠所导致的新的世界观,我把它叫做第二次量子革命.它不仅揭示了很多新的物质态的存在,还能用量子信息,来统一所有的相互作用,和所有的基本粒子.甚至连空间几何和其中的引力,也可能来源于纠缠的量子信息.多体量子纠缠是新的物理现象,其需要新的数学语言来描写.在这第二次量子革命中,物理跟数学是齐头并进的.它所用到的数学可能是所谓的张量范畴学,这也是现在数学家正在发展的一个理论.所以物理和数学会有很大的互动.物理学家研究的东西会告诉数学家,什么方向会最有意思,可能会有物理意义;那数学家可以告诉物理学家,可能有这个结构,这个性质,也许可以用到你的物理理论中.所以最近我也花很多时间来学数学,什么张量范畴学啊,代数拓扑学啊,很多这种东西.
P：大部分高能物理学家都持有还原论的观点,觉得基本粒子可以无限分到最小,将万物还原为简单基本定律.但是在凝聚态领域,更多学者支持演生论,不同层次的物质可以演生出全新的基本规律.你怎么看两种观点的分歧?
W：还原论基本上就是想找我们世界的基本构件,觉得几个基本的构件可以构造出世界的所有东西.还原论可以说是科学的主流,但是我们走到现在这个地步,已经发现电子、光子、夸克这些基本粒子.要要更深刻地理解世界,就需要把它们分成更小的粒子.这时候就有问题了：我们一直没有找到这些粒子的更小组成部分.也许到了现在这个阶段,寻找更小的基本构件,根本就是一个错误的方向.演生论的观点就是认为这些基本粒子根本没有更小的部分,进一步用分解的思路理解电子光子是错误的.错在它认为空间是一个空的舞台,而物质是这个空的舞台上的演员.这一分解的思路,还原论的思路,把空间和物质分隔开了.但是现在我们发现,空间和物质本身是一体的,空间本身不是空的舞台.空的空间是最复杂最丰富的东西.这是个很有哲理的观念.所以,我们认为真空本身是一个媒介,那这个媒介是由什么组成的呢?最简单的东西是量子比特.真空可以是一个量子比特的海洋,然后量子比特海洋的波动和缺陷就给出了所有的基本粒子.
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参考文献：
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