$ \newcommand{\uni}[1]{\ \mathrm{#1}} \newcommand{\E}[1]{\times 10^{#1}} \newcommand{\ket}[1]{|#1\rangle} $

萌狸
狸群 科普量子物理的最前沿话题

LePtC
19:14:43
今天发现,又有一个话题被混乱博物馆先做了
https://www.bilibili.com/video/av20769950/
Probe
19:19:25
Probe
19:19:38
科普下天体力学相关的东西,绝壁没人做
Probe
19:20:05
霍曼转移轨道是不是没人科普(
xyfd
19:21:02
目标客户群是哪些啊……
xyfd
19:21:10
太高端了不一定有人看吧
Probe
19:21:22
坎星玩家(
Probe
19:21:31
三体粉
Probe
19:21:58
科普一下大刘写的书名是错的
LePtC
19:24:37
 视频的名字就叫:你们以为你们看了《三体》,其实你们看的是《限制性四体问题》?
N31Welt
20:44:48
只做前沿物理主题的视频,抢的人少
LePtC
20:45:32
比如什么主题?
xyfd
20:46:28
量子退相干吧
xyfd
20:46:43
比较好理解
xyfd
20:47:00
比哥本哈根诠释直观多了
N31Welt
20:47:07
去年不是有人几乎证明贝尔不等式的完备性了吗
xyfd
20:47:26
感觉年年都有
xyfd
20:48:13
贝尔不等式有个极简的科普讲法也可以介绍下
N31Welt
20:48:24
题目叫,爱因斯坦错了,一看就像要搞个大新闻
xyfd
20:48:29
贝尔一次演讲的时候说的
xyfd
20:48:42
用的是偏振性
LePtC
20:49:09
那还得先跟观众科普偏振是啥
xyfd
20:49:25
那别做贝尔不等式了
xyfd
20:49:32
太高深
N31Welt
20:49:40
3d电影大家都看过
LePtC
20:49:48
退相干是指量子纠缠到高维空间的那个解释吗
xyfd
20:49:56
不是啊
xyfd
20:50:40
退相干很早就提出了
xyfd
20:50:45
比弦论早多了
LePtC
20:51:06
哦就是讲退相干诠释啊啊
N31Welt
20:51:06
貌似导航波理论比哥本哈根诠释更实际
xyfd
20:51:14
xyfd
20:51:35
目前学界普遍认可的应该还是退相干
LePtC
20:51:37
导航波油管有人讲了,Ve 和另外一个谁都讲了
N31Welt
20:51:57
顺便把多重宇宙也讲了
LePtC
20:52:04
我以为你是想让我讲退相干背后更深一层的原理……
xyfd
20:52:08
多重宇宙这话题有任何意义吗
xyfd
20:52:13
……
xyfd
20:52:23
我不觉得这跟科学有关系
LePtC
20:52:56
他是说 MWI 诠释吧
#章鱼喵#
20:54:08
(……能不能对别人做的工作有点起码的尊重)
N31Welt
20:55:03
多重宇宙理论也有很多种,不是说玄幻的那种----别的宇宙和这个宇宙毫无联系
LePtC
20:55:08
?我不反对 MWI 呀
xyfd
20:55:29
Copenhagen解釋說,測量儀器和觀察者都是系統(即這個單一光子)之外的神秘物體,波函數只對系統有效。“儀器”、“測量”、“觀察者”和“觀察”都無法定義,反正人看到了自然會知道。那麽既然只有光子有波函數,它撞墻的過程就必須從原本所有可能位置的相干態,一瞬間轉變為集中在亮點的純態,這被波爾叫做“塌陷”。至於在人類演化之前,顯然沒有任何可能的“儀器”、“測量”、“觀察者”和“觀察”,量子事件是怎麽塌陷的,就不關波爾的事了。Copenhagen解釋對懶得用腦的實驗者來説,是個很簡單、容易上手的經驗準則,但是完全經不起邏輯的推敲。
量子去相干則不一樣。它說整個宇宙只有一個波函數,包含了每個粒子。相互之間沒有作用的粒子,原本的多變數波函數可以Degenerate,分解成爲個別粒子的波函數的簡單乘積,所以光子的飛行過程,可以看作是單粒子波函數的演化。
但是光子撞墻,就是它和墻内部的極大數量處於凝態的原子有了作用,這個過程絕對不能看作是單粒子波函數的自行演化,而必須是“光子+墻”(也就是”被測量粒子+測量儀器“)這個巨觀系統的波函數的共同演化。因爲墻處於低溫凝態,每個原子的位置都是固定的,沒有任何不同可能位置之間的不確定性和相干性,一旦光子和它作用,形成完美的糾纏,就以大欺小,把光子不同位置之間原本的相干性用巨量的原子稀釋掉了(到非常接近於零,但不是數學上的零,只是物理上的零,亦即無法用實驗與真零分辨出來)。這個過程叫做“去相干”;它不是什麽神秘的新機制,而仍然遵守著薛丁格方程,只不過因爲是數量極大的多體問題,所以不能有確解。這個過程的結果,不是一個純態,而是”被測量粒子+測量儀器“之間的糾纏態。
#章鱼喵#
20:55:29
(我说 xyfd)
xyfd
20:55:48
我看到这段写的挺不错的
N31Welt
20:56:36
我们可以讲前沿,不做定论,最后是开放性结果
LePtC
20:56:52
退相干跟 MWI 不矛盾
N31Welt
20:57:39
请教下,单光子设备发射出来的单光子是波还是粒子?
xyfd
20:58:20
啥?
LePtC
20:58:24
都是啊  取决于观测手段
xyfd
20:59:02
某种意义上讲并不存在什么粒子……
xyfd
20:59:05
全都是波
LePtC
21:00:05
全都是波函数
LePtC
21:00:32
粒子性和波动性都同时具备
N31Welt
21:00:56
粒子有最小单位---一个,波有最小单位?
LePtC
21:01:08
(我要赶紧翻译完《量子世界》这本书这样你们买回去看就不会再问这些问题了……
xyfd
21:01:18
哪本?
xyfd
21:01:48
LePtC
21:01:50
《the quantum world》,我是译者,正在翻译中
LePtC
21:02:17
不是这本,新出的
xyfd
21:02:21
撞名字了……
N31Welt
21:02:25
单光子如果可以看作波的话,怎么证明没有“更小的波”
xyfd
21:02:32
旧的叫新世界……
LePtC
21:02:46
术语叫“元激发”
xyfd
21:02:50
这本我觉得就挺好的……
LePtC
21:03:23
就是激发到最小的一个能级上,这就算“一个”
LePtC
21:04:03
很多书都挺好的,《量子物理史话》也挺好的
xyfd
21:04:26
我觉得量子力学科普看这一本就够了……
LePtC
21:05:06

我翻译的这本,比较新,最新一直涵盖到2015年的成果
LePtC
21:05:57
这本书不止科普量子物理,还有量子计算、量子生物学、量子力学在宇宙学中的应用(我特么要翻译吐了……
N31Welt
21:05:58
@LePtC 原来如此,谢谢解答
xyfd
21:06:03
其实我觉得这几十年也没啥太值得称道的成果了……
LePtC
21:06:24
量子通讯算是做成了吧
xyfd
21:06:35
量子计算机还没成功搞出一个逻辑比特
LePtC
21:06:36
量子计算机一直没影
LePtC
21:07:05
那不至于,我记得七八个比特的早就做出来了
xyfd
21:07:17
已经七八十比特了
N31Welt
21:07:34
量子现在还不能通讯吧?现在搞得那个应该是量子加密通讯
xyfd
21:07:35
一个逻辑比特目前得上万物理比特……
LePtC
21:07:43
卧槽我 out 了?求链接
xyfd
21:07:56
量子密钥分发简称量子传输
N31Welt
21:07:57
前几天群里讨论了呀
N31Welt
21:08:03
量子霸权
xyfd
21:08:04
谷歌上个月的新闻啊
N31Welt
21:08:25
分分钟搞垮比特币
LePtC
21:08:40
“正在实验”
xyfd
21:08:56
xyfd
21:09:17
量子计算机到能哈希比特币还得半个世纪吧
xyfd
21:10:11
现有的量子计算机无法取代经典计算机
也许有人会说,50个量子比特就可以实现量子制霸,英特尔和IBM都已经达到量子制霸的门槛了,而谷歌都已经做到72个量子比特了,那么,为何说现有的量子计算机无法取代经典计算机?
原因就在于全球没有任何一家机构能实现一位逻辑比特的编码,这是什么意思呢?
量子比特分为物理比特和逻辑比特。由于噪声的客观存在,以及物理比特的稳定性存在一定瑕疵,
因而只能通过对数个物理比特做冗余处理,最后生成了一个逻辑比特。一般来说,噪声越小的系统就可以使用越少的物理比特编码一个逻辑比特。相对于物理比特,逻辑比特有较好的容错特性。
那么,到底要多少个物理比特才能通过编码形成一个逻辑比特呢?
来自哈佛大学的量子物理学家阿兰·阿斯普鲁古兹克预计在现在的技术水平下大约需要上万个实际量子比特才能做出一个逻辑比特。
随着技术进步,这一数字可能会降低到只需要几千个甚至数百个。
N31Welt
21:10:22
关键得有人写量子计算机下的软件才行
xyfd
21:10:35
量子计算早就发展完了……
xyfd
21:10:54
这个领域理论领先实践半个世纪
N31Welt
21:10:58
解决特定问题的算力超过所有所有经典计算机的总和
LePtC
21:11:18
N31Welt
21:12:06
希望以后做流体模拟可以实时看结果
LePtC
21:12:38
@xyfd 没有,目前也就 Shor 和 Grover 两个量子算法,一个是分解质因数的,一个是数据库搜索的
LePtC
21:14:00
(我是 2016 年学的量子信息课,不知道后来有没有新进展
N31Welt
21:15:51
因数分解直接威胁现在的多种加密算法
N31Welt
21:17:05
256的密钥也扛不住量子攻击
xyfd
21:18:22
等做出逻辑比特再谈威胁吧……
#章鱼喵#
21:18:57
(QFT 也并不是最近几十年没什么重要的事情,Seiberg-Witten solution, dual Meissner effect, confinement of strings, supersymmetry, kink-monopoles, 以及 non abelian 的很多进展
量子计算也不仅仅是只是做计算机的,这是一个新的思维方式,很多小分枝理论发展刚刚起步,甚至包括 quantum gravity 的
Multiverse, bubble universe 这些也不是没用的东西,而实际上这是检测 eternal inflation 现在唯一毕竟靠谱的方案
N31Welt
21:20:25
@xyfd 做出通用量子计算机可能吗?
#章鱼喵#
21:20:42
(量子计算有的分枝,比如 Poincare disc 会的张量网络这些,也没有开始多少年,后面发展非常大)
LePtC
21:20:56
N31Welt
21:22:26
不知我们有生之年会不会看到通用量子计算机
xyfd
21:23:26
我觉得肯定比商业核聚变早的多得多
N31Welt
21:24:11
那就是说<50年喽
xyfd
21:26:02
是真的五十年
xyfd
21:26:08
我觉得
xyfd
21:26:20
不过虽然多重世界解释不能被实验证僞,它在逻辑上却有很大的毛病,纸是超弦论者当然不知道也不在乎。首先,在很多量子去相干的事件中,相干性并没有降到数学上的零(我们可以确定这点,因爲量子波仍然始终遵守波动方程式,而在很多场合下,波动方程式的时间演化过程不可能产生连续的真正零值),纸是变到极小,在物理测量上等同是零。所以看起来像是两条岔路,其实是同一条路,纸不过中间的安全岛很不好走罢了。多重世界解释的第一个逻辑毛病,就在于它假设量子去相干总是产生真正的离散(Discrete)结果,而实际上有很多情况下,离散的表象纸是一个近似。
xyfd
21:26:41
多重世界解释的另一个逻辑毛病,在于它所做的隐性哲学假设。基本上所有其他对量子力学的解释,都纸有一个现实(Reality)的存在(Existence);而多重世界解释却说凡是数学上允许的解,都是存在的现实。换句话说,现实没有什么特别的,唯一的限制是必须在数学上逻辑自洽。但是“逻辑自洽”是一个很鬆的要求,我们可以轻易地想像出除了量子力学之外,还有无限多的其他自洽系统,那么那些其他系统的解是否也是存在的现实呢?如果数学自洽是唯一的要求,那么现实存在就纸是幻觉,那么爲什么当我凝思一个自洽的数学系统的时候,没有出现对应的新宇宙呢?不同宇宙不能互相沟通,固然是达成自洽的一个方式,但是可以互相沟通的不同宇宙应该也能达成自洽,那么爲什么我们没有观察到呢?
xyfd
21:27:16
多重世界解释还有一个经验法则上的问题,就是它不但违反了Occam's Razor,而且是所有违反中最恶劣的。这是因爲它爲了解释一个世界,而必须介绍N个世界,而N正是我在前面提到的宇宙在历史上面临过的岔路选择的数目,极可能是人类在实际经验上所能遭遇的最大数字。Occam's Razor和可证僞性一样,是科学的基石。多重世界解释不但不可证僞,还以最严重的方式违反了Occam's Razor,那么至少我个人认爲它不应该被当做科学的一部分。
Everett提出多重世界解释,基本还是一个懒字:如果我们存在的这个现实有什么特别,那么它就应该纸有一个,而要能证明单个现实的自洽性,是很难的。多重世界解释避免了这项工作,但是其实别人早已做出来了,这就是de Broglie的Pilot Wave(导航波)理论。de Broglie是量子力学的创始人之一,但是他不像Bohr、Schrodinger或Heisenberg那样先发论文、再做计算、最后若是有空再想清楚道理(Bohr显然一直都没空),
所以就没有抢发那么多论文,也就没有他们那么有名。de Broglie认爲量子波纸是一个导航装置,里面还是隐藏著一个真正的点粒子,而这个点粒子就对应著唯一存在的现实
xyfd
21:28:02
要证明导航波理论的自洽性,并不容易,de Broglie自己没有完成。一直到1952年,David Bohm才把整个理论建构成功,所以导航波理论也叫做Bohmian Mechanics。我不想在这里写下一大堆数学,所以请有兴趣的物理学者自行去找资料(例如这里:http://www.bohmian-mechanics.net/ )。这套理论是所有量子力学的解释中,唯一逻辑严密完整,而且还明确标定出所有因果关系(Causality)以及现实的特别性。它的另一个好处,是可以确实算出量子力学比古典力学多出的那一项,不但明确地标定出两者的差异,而且还解释了双缝实验中爲什么粒子能转弯。但是爲什么至今很少人听说过呢?这有一大一小两个因素。
首先是前文提过的历史原因:高能物理界一直到1980年代才摆脱了量子波崩溃论,但是随即被超弦席卷,于是多重世界解释成了新主流。但是另外还有一个次要的理由,使很多高能物理学者对导航波理论嗤之以鼻,
那就是它很明显地是非局部(Non-Local)的理论,因此明确地违反了相对论,从而也与量子场论不相容(量子场论是特别爲相对论发展出来的)。但是最近几年的新实验却一再证明量子力学的确是非局部的(包括今年八月的这个新实验,参见http://www.nytimes.com/2015/10/22/science/quantum-theory-experiment-said-to-prove-spooky-interactions.html?_r=0 ),所以错的是相对论(或许应该说相对论纸是一个近似而不是绝对正确的)。我在下一篇文章再详细讨论这个非局部性的问题。
N31Welt
21:28:26
在某乎看到一个论调,以后编程只学Python,计算密集的热点,直接调用量子模块,甩锅给量子计算机
xyfd
21:28:28
一个哈佛物理博士写的文章
xyfd
21:28:31
挺好的
xyfd
21:28:36
我觉得挺好的
N31Welt
21:28:42
在看
#章鱼喵#
21:31:46
(bubble universe 是 eternal inflation 的一个可能结果,bubble universe 之间的可能的 quantum 关联是可以做的,也就是 bubble universe 可能跟 relative phase theory(也就是 MWI)相关,这样就可能从 CMB 上看到证据,如此一来就把 eternal inflation 推上了可以验证的路。并不是没有意义,只是每个人都有自己的研究领域,视野也就是那么一点罢了。)
LePtC
21:31:59
我觉得写这个的人似乎并没有很好地理解 MWI
N31Welt
21:32:10
那 那个破坏因果律的延迟实验现在有理论能解释了吗?
LePtC
21:33:05
MWI 不是字面意义上的多重宇宙,但写这个的人似乎一直理解只停留在字面意义上
xyfd
21:34:17
他还是懂点超弦的……
xyfd
21:34:25
LHC自1998年至2008年,共花费了十年才建成,总预算是75亿欧元(约90亿美元)。由於选错了焊接工艺,2008年九月开机后9天,超导电磁铁的电路就烧坏了。其后用了一年多才修好,但是只能以原设计能量(14TeV)的一半(即7TeV)运行。不过还好Higgs粒子质量(125GeV)不太高,在2013年LHC就有了足够的实験资料来证实这个发现,Peter Higgs和同僚随即获颁当年的诺贝尔物理奖。可是Higgs粒子是标准模型的(最后)一部分,当初计划LHC时,发现Higgs粒子是最起码的标的。真正的目的是要发现标准模型以外的粒子,尤其是超对称粒子(Supersymmetric Particles)。超对称(Supersymmetry)是超弦所做的几十个假设里,最重要也是最基本的一个,甚至连超弦名字里的“超”都是由超对称而来的(Super-String其实是Supersymmetric String的简称)。原本1970年代发明超对称是为了解释标准模型所需的几十个特定参数值间的一些关系,不过后来大家发现即使是最简单的超对称模型都需要另外几百个新的参数,於是有些人(包括我)就不再相信超对称,而Witten和他的信徒(把超弦比为宗教并不是我的发明,超弦界自己在20年前就戏称Witten为Pope,教宗)则加倍下注,搞出了更复杂、最终有10^500个自由度的超弦。在1990年代,做超弦的个个都说最轻的超对称粒子会马上被Tevatron(位於芝加哥附近的Fermi Lab内的上一代加速器,最高总能量在2011年停机前达到了2TeV)发现,所以LHC只是用来研究更重的那几百个超对称粒子的。结果此后每年Tevatron和后来的LHC的能量和亮度(Luminosity,即对撞实験的数量)提高一步,做超弦的就把最轻的超对称粒子的质量往上调高一步,以解释为什麼没有观察到超对称。到2013年LHC做完7TeV能阶的实験后,超对称理论的原始参数空间已经有99.9%被否定掉了。
LePtC
21:34:33
延迟选择实验并没有什么好奇怪的地方(系综诠释)
xyfd
21:34:40
LHC在过去两年关机,以便完全重建超导电磁铁的电路。在未来几周内将重新启动,预计今年夏天可以达到接近原设计值的13TeV能阶。 如果没有意外,到年底将会把超对称理论的原始参数空间再压缩两个位数,也就是否决掉99.999%。当然,做超弦的在过去20年已经自打嘴巴几百次,再胡扯出几千篇神话、重写一次历史也只是他们的专业。高能物理眼前真正的危机是LHC很可能无法超越标准模型。下一代的加速器目前台面上的估价是200亿美元,实际上大家都知道会超过500亿。更糟糕的是LHC至少还保证有Higgs粒子来当安慰奖,下一代的加速器却很可能什麼都找不到。高能物理界在2014年开始游说中共政府,希望忽悠李克强来当凯子;考虑李克强的智商,忽悠成功的机率很小。如果到年底LHC还没有发现新粒子(当然,发现超对称粒子的机率是100%-99.9%=0.1%,所以希望只能寄托在其他的新粒子上),那麼我们这代人到死大概都不会再有更高阶的加速器(不含能阶略低於LHC,用来精密测量Higgs粒子的电子/正子直线对撞机)出现。前面提到除了加速器以外,精密测量也有可能突破标准模型;可是我的猜测是只有暗物质比较可能会如此被发现,而且机率不超过25%,这还包含了暗物质是一种微中子(Neutrino,大陆翻译为“中微子”,标准模型只包含三种微中子,若有第四种则将超越标准模型)或轴子(Axion,不是标准模型的一部分)的可能,而新的微中子或轴子虽然超越标准模型,却并不解释更高能阶的物理。所以总结来说,2015年很有可能是高能物理对我们这代人的绝唱。
LePtC
21:35:21
@xyfd 你发链接就好了,不要贴大段文字
xyfd
21:35:40
手机翻墙不方便……
LePtC
21:36:31
(诶你在国内啊,你怎么还没睡……
xyfd
21:36:48
……
xyfd
21:36:58
原来你们都在国外
#章鱼喵#
21:37:16
(我也不知道为啥我要 defend 别人的理论,跟我啥关系呢)
#章鱼喵#
21:39:40
(我前段时间跟 Shifman 一起吃中午饭,聊起来这个问题,就是现在看来 qft 的发展,会看到很多的可能性,那么多分枝,每条都有可能,把 venn diagram 画出来会发现不下几十条路可以走, Shifman 就说,是的,他也不知道哪条路是对的,每一条都需要去试试。)
N31Welt
21:40:47
@LePtC 打个岔,听说LHC特定时间开放部分实验室可以和科学博物馆一起参观,打算今年夏天去逛逛,狸子有兴趣吗?
LePtC
21:41:35
(章鱼喵是 MWI 派吧,我记得 
#章鱼喵#
21:41:38
(嗯呀,不过今年夏天会去玩的)
xyfd
21:41:53
能看到探测器的话就值得去
#章鱼喵#
21:41:54
(我没什么派别)
LePtC
21:41:54
(excited,面基搞起
#章鱼喵#
21:42:03
(你夏天还在么?
xyfd
21:42:03
看办公室就算了…
#章鱼喵#
21:42:25
(我应该是七月份到九月份在欧洲待着)
LePtC
21:42:28
我八月份回国
LePtC
21:42:42
七月份的话还在
#章鱼喵#
21:42:44
(可以,我肯定会去巴黎的)
N31Welt
21:43:57
具体要网上预约
#章鱼喵#
21:44:00
(我没什么派别,因为我是学渣,我看到这么多可能性,我也不知道那个是对的,也许Shifman这样的大牛说出这样的话,他还是内心有写考量的,我说出来这么多可能性这样的话,我其实内心没啥考量,感觉好像大家差不多)
#章鱼喵#
21:46:39
(或者说,不去轻易否定别人的研究领域,这应该是对别人起码的尊重吧。)
LePtC
21:47:19
(MWI 解释了一定退相干,刚学到时对这个还挺受触动的,所以持观望态度,在深入学习之前不会轻易站队(不过后来一直没时间深入学习……
N31Welt
21:47:33
@章鱼喵 文人相轻
LePtC
21:48:06
(我现在超怕本群物理专业的多起来之后会发生量子力学的信仰纷争 
LePtC
21:48:33
(还有广相里面的度规圣战 
#章鱼喵#
21:49:24
(我擦,我们现在每周五要讲广相,学生讲,老师们在下面听,我已经经历过不下五次这样的号差怎么选的争论了)
LePtC
21:50:14
#章鱼喵#
21:50:21
(我上周第一次见识到原来做 GR 的人真的有选 -2 signature 的,神奇了,一般 qft 选这个是因为用起来方便,质量的符号什么的,可是gr 选 -2 到底有个啥优势)
N31Welt
21:51:16
和C++程序员和Java程序猿员互怼差不多
#章鱼喵#
21:51:18
(除了这个,还有一个就是两帮人对 riemann tensor 的定义差个负号)
LePtC
21:54:02
xyfd
22:00:30
没有优势比较中庸……
N31Welt
22:07:15
又想起个前沿的课题,荷兰有个人说引力是熵力,并且从热力学公式推导出引力公式,这个不知适不适合做视频
#章鱼喵#
22:07:42
(Verlinde 的
#章鱼喵#
22:08:57
(应该是可以的,不过应该是很多人做过了,主要需要讲清楚全系理论,以及利用分子熵力的对照来理解为什么引力是平方反比这一段可以解释)
N31Welt
22:09:37
全息宇宙不知道算不算平行宇宙的一种?
#章鱼喵#
22:11:34
(竟然没有搜到,也许熵力这个可以做)
LePtC
22:14:26
(章鱼喵来写剧本?
#章鱼喵#
22:14:45
(现在不行可以记下来以后我毕业了写,现在太忙了)
LePtC
22:19:27