科学企业的成长如何影响一个世纪的量子物理学
2020-04-30
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地利量子理论家ErwinSchrödinger于1935年首次使用“纠缠”一词来描述这种弯曲现象，其中两个遥远的粒子的作用相互结合。纠缠是那种可以让薛定er在夜晚醒着的东西。像他的朋友阿尔伯特·爱因斯坦一样，他认为量子论对量子力学作为一种可行的世界描述产生了怀疑。怎么可能是真实的？
然而，证据不断积累纠缠的存在。两年前，麻省理工学院的戴维·凯泽（David Kaiser）教授和一个国际团队使用激光，单光子探测器，原子钟和巨大的望远镜收集80亿年前遥远的类星体释放的光，以进一步完善量子纠缠的测试。因此，研究人员有效地排除了潜在的反对意见，即纠缠的出现可能源于要执行的测量选择与被测试颗粒的行为之间的某种相关性。
是的，纠缠违背了我们的直觉，但至少科学家可以继续学习，Kaiser指出。
凯撒说：“薛定ding只能熬夜，”这意味着1930年代的理论家只是用“铅笔和纸，经过深思熟虑的计算和令人信服的类比”来指导他们，但没有任何物理证据。相比之下，今天，“我们有工具来研究这些问题，而这些手段甚至直到最近都无法通过实验或经验来进行。”
如今，麻省理工学院物理学教授兼麻省理工学院科学，技术与社会计划科学史教授Germeshausen的凯撒（Kaiser）撰写了该学科的新历史，《量子遗产：不确定世界中的派遣》。本月由芝加哥大学出版社出版。凯泽（Kaiser）在关键物理学家的小插曲，有关该领域发展的原始研究以及他自己的宇宙学研究之间进行了讨论，他强调了该领域随时间的巨大变化。
凯撒说：“该学科的命运确实发生了相当大的变化，”凯瑟说。他的目的是在一个动荡的世纪中为读者提供“一种不同类型的故事，以不同的方式进行介绍。”
物理繁荣与崩溃
的确，许多量子物理学史在形式上都是可伸缩的，集中在该领域最著名的恒星上：基础量子理论家尼尔斯·玻尔，保罗·狄拉克，维尔纳·海森堡和薛定er，爱因斯坦通常被认为是著名的量子怀疑论者。在世界大战使物理学界陷入混乱之前，这些科学家开发了量子力学，并确定了其最令人困惑的特征-包括纠缠和不确定性原理（在测量诸如粒子的位置和动量之类的东西时，要在精度上进行权衡）。
我们仍然难以解释这些概念，但是其他方面已经发生了变化。凯泽强调，特别是，物理学见证了从1940年代开始的四分之一个世纪的空前增长，特别是当学生在第二次世界大战后重返美国的大学时。
“自从战争爆发以来，我们在战后25年中对物理领域的人员进行了培训，其数量超过了以前的累积培训，” Kaiser谈到了这一成长阶段。
同时，大型粒子对撞机改变了物理方法，并产生了有关亚原子结构的新知识。庞大的团队合作进行了实验，严格地致力于挖掘经验上的进步。越来越多的人成为物理学家，但似乎比以往任何时候都更少思考由量子物理学提出的“时尚”问题。
“这不仅仅是摆式摆动，” Kaiser说。“物理学家看到了这些相当大的变化，甚至被视为一个真正的问题。”
凯撒（Kaiser）通过仔细阅读物理教科书仔细记录了这一转变，表明了务实计算的精神如何成为主流。他补充说，教科书的作者
“总是做出一系列价值判断：什么是合适的主题，什么是合适的方法？我们应该问什么问题？什么是“纯粹的”哲学？”
然后物理泡沫破灭：由于经济放缓和联邦资金减少，该领域的资金，注册人数和工作在1970年代初都急剧下降。
Kaiser说：“这些数字几乎在整个学院的每个研究领域都崩溃了，但没有一个比物理学更快。”
大型对撞机
也许令人惊讶的是，1970年代的就业市场紧缩使人们对1930年代的量子好奇心重新产生了兴趣。正如凯瑟（Kaiser）在其2011年出版的《嬉皮如何拯救物理学》一书中详述的那样（该书是从书本项目中衍生出来的），在理解纠缠方面取得了一些关键进展，这些物理学家来自当时的边缘物理学家，他们缺乏快速的研究机会，相对自由地探索被忽视的事物。问题。
凯瑟（Kaiser）在“量子遗产”中指出，这种非常规思维也很快开始影响教学。弗里特霍夫·卡普拉（Fritjof Capra）的时期畅销书“物理学之道”（The Tao of Physics）将东方宗教与量子奥秘联系在一起，如今已被称为“新纪元”，但由于物理学教授们迫切希望将学生引诱回课堂，因此它在1970年代登陆学术教学大纲。
自1970年代以来，量子物理学经历了多个微型时代的到来。国防开支刺激了1980年代物理学的复苏，但是当美国国会在1993年终止超导超级对撞机项目时，该学科某些分支的物理学家无法产生许多新的实验结果-直到2008年大型强子对撞机上线。因此，物理经历是一门动荡的学科，其命运与遥远的政治联系在一起。
“有时候人们会失去同步，他们在经济繁荣时期进入了物理学，而且，毫无疑问，机会在他们获得学位之前就消失了，” Kaiser说。“而且我们已经看到，在过去的半个世纪中，这个国家发生了两次。”
因此，尽管Schrödinger之类的人可以用铅笔和纸来取得进步，但就当代学科的发展而言，物理的物质条件至关重要。
“想法很重要，” Kaiser说。“但是这些想法已嵌入不断变化的世界中。”
“量子遗产”引起了学者的称赞；加州理工学院的诺贝尔奖得主，物理学家基普·索恩（Kip Thorne）对该书的“关于过去一个世 纪物理学和宇宙学的重大发展的杰出短篇小说集”表示赞赏，“这使科学与人类历史完美地融为一体”。屡获殊荣的小说家内尔·弗洛伊登伯格（Nell Freudenberger）指出，凯泽（Kaiser）“揭示超凡脱俗的思想与它们在其中形成的社会和政治世界之间的联系的才华，”她继续说，“这是对宇宙之谜的简单引人入胜的指南”。
凯撒（Kaiser）希望读者能够思考科学家的“双重性”，尽管受到时代工具和假设的束缚，他们还是希望找到永恒的答案。在“量子遗产”探索了狄拉克（Dirac）等某些物理学家的生活的同时，凯泽（Kaiser）也希望读者能体会到量子物理学已经成为多么彻底的协作企业。
凯撒说：“在科学界，传统上是写关于单个天才的，但是从一开始，量子力学就需要整体的演绎。当我们研究制度，世代和同龄人时，我发现比思考更有价值。关于山顶上这些无法企及的天才，这始终是寓言，但对于这一系列发展而言，这是特别不适合的寓言。”
他说，请考虑一下，有超过15,000名物理学家发表了有关希格斯玻色子的论文-探索亚原子粒子如何获得质量-历时50年。但是只有使我在大型强子对撞机开始运行之后，科学家才能为它找到证据。
“这以不同的方式思考自己的[作品]，”凯撒说。“我没有想到，下一代将会开放吗？我发现，作为一个人类故事，作为一个概念故事，比专注于一个孤独的天才更加令人兴奋。”
