世纪之争:AB效应与量子理论的根本问题

作者: 张天蓉

来源: 知识分⼦

发布日期: 2022-10-08 08:00:20

以⾊列科学家亚基尔·阿哈罗诺夫和英国科学家⻨克·⻉⾥对于AB效应和⻉⾥相位的研究,是值得获诺⻉尔奖的⼯作。AB效应之所以引起物理界关注⼏⼗年,因为它涉及到量⼦理论的根本问题:定域性还是⾮定域性?也就是与爱因斯坦和波尔“世纪之争”相类似的问题。AB效应,以及对⻉尔1964年提出的⻉尔不等式的实验验证,最终都证明了量⼦理论是⾮定域的。

以⾊列科学家亚基尔·阿哈罗诺夫和英国科学家⻨克·⻉⾥对于AB效应和⻉⾥相位的研究,是值得获诺⻉尔奖的⼯作。AB效应之所以引起物理界关注⼏⼗年,因为它涉及到量⼦理论的根本问题:定域性还是⾮定域性?也就是与爱因斯坦和波尔“世纪之争”相类似的问题。AB效应,以及对⻉尔1964年提出的⻉尔不等式的实验验证,最终都证明了量⼦理论是⾮定域的。

阿哈罗诺夫-玻姆效应(Aharonov-Bohm效应,简称AB效应)和⻉⾥相位(Berry phase)是现代物理中⼗分重要的概念,它们揭示了经典电动⼒学及量⼦物理发展过程中,两者之间具有深刻⽭盾的⼀⾯。这两个概念紧密相关,但是它们的发现却相差了⼆⼗⼏年。

AB效应是阿哈罗诺夫和他的博⼠导师⼤卫·博姆于1959年在英国布⾥斯托⼤学⼀起⼯作时提出的。简单的说,他们研究电磁作⽤中⼀个重要的量⼦效应,于1959年设计了巧妙的实验来验证这种效应。他们的这个实验是量⼦⼒学和电动⼒学发展史上的重要实验,说明了量⼦⼒学的⾮局域性质。之后,他们的想法多次被实验证实,对量⼦物理做出了基础性的重要贡献。

⻉⾥相位则由⻉⾥在1984年发现,并认为,AB效应能⽤⼏何相位因⼦来解释。“AB”这个名称取⾃阿哈罗诺夫和博姆姓名的⾸字,巧合的是,物理学家也⽤A表示磁⽮势,B表示磁场,赋予AB效应这个名字更加深刻的涵义。

AB效应之所以引起重视,是因为它证明了电磁势(包括⽮量A及标量势φ)的重要性,以及与其相关的电⼦波函数的相位的重要性。AB效应和⻉⾥相位的研究,深层次揭示了量⼦⼒学的⾮定域性与空间拓扑性质的关系,使物理学家们从拓扑的、整体的观点来研究物质的不同形态。这对凝聚态物理中近年来发现的各种量⼦相变现象的研究特别有⽤。

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