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硕士生导师

姓名:曾天海
所在学科:物理学院
职称:副高
联系电话:
E-mail:zengtianhai@bit.edu.cn
通信地址:

个人简历

1980-1984年,兰州大学,理论物理学士学位;

1988-1991年,吉林大学,原子分子物理硕士学位;

2001-2009年,本校,在职博士学位

工作经历

1984-1988年,南昌职业技术师范学院物理与电子系教师;

1991年至今(2018年3月)本校应用物理系(1991-2011)、物理学院(2011至今)教师。

1997年至今,副教授。从事大学物理实验课教学(1991-2003,2007至今);先后讲授本系的本科电子线路(1994-1997,2004-2010),普物力学(2000-2003),理论力学(2001-2006);工科电磁学(1999);本系、学院研究生量子信息引论(2004-2016,2017与新教师合作),高等量子力学(2015-2016,2017与新教师合作)。

研究方向

近十年,探究量子力学的一些基本问题,例如,状态叠加原理是否与无处不在的相互作用有关?微观单个事件的系统的能量和动量的守恒律(这里简称为非统计的守恒律)能否引入量子力学?对实物粒子的双缝干涉,量子隧穿等量子现象,能否用接近直觉或经典物理观念的方式来解释?朗道的量子测量观念与狄拉克等人的主流观念有冲突,如何来解决?……

学术成就

  

  我注意到一些可能是被人们忽视的小问题,如自由粒子不能从动能或动量本征态,按薛定谔方程演化为不同动能或动量的相干叠加态;对于电子的内禀自旋态,按不同正交基展开,似乎可以得到不同的叠加态,但并不能显出相干性,需要如Stern-Gerlach实验的较强的非均匀磁场,才能得到电子的两个自旋反平行的态与其两条路径态的纠缠态,也是相干叠加态;因此粒子必须与别的物体或场进行相互作用才能得到相干叠加态;测量也是有相互作用的。

  将较大物体(或强场、环境)视为复合量子系统的一部分,从概念上说,大的物体与微观子系统(如氢原子中的质子和电子)的相互作用使这复合系统处于纠缠态(即不可以写成分别描述几个子系统的态矢的乘积或称直积的态;可以的就称为直积态),尽管许多情形的大物体的动能算符和相互作用能的形式复杂或未知,使中间演化过程难以或无法计算,但结果只有两类:纠缠态或直积态。朗道对此判断是一般不能得到直积态。我们可以认为一般得到纠缠态。顺便一说,朗道与栗弗席茨的非相对论量子力学,费曼的物理学讲义,狄拉克的量子力学等直到2000年的许多著作中都没有纠缠态的概念。

  然后,再考虑大的物体在短时间内的状态近似不变,纠缠态近似写成大物体与微观子系统的直积态,微观子系统就近似地处于相干叠加态。这样,后做近似可以提醒自己,实际上相干叠加态是与大物体及相互作用有关的,因而状态叠加原理也该与相互作用有关。而先做近似,把大物体的状态看作近似不变,则使人们没有意识到相干叠加态与大物体和相互作用有关。人们认为粒子自身具有波动性或状态相干叠加性,说明一直到现在都没有认识到这点或不这样认为。

  例如,一个基态 | g > 原子与微型光腔中的 n+1 个同频率光子共振相互作用,这个系统就处于近似等式 a|g>|n+1> + b|e>|n> 近似 = ( a|g> + b|e> ) |n> 左边的纠缠态,之所以能近似写成右边的直积态,是因为当 n 很大时,短时间内有光子数态 |n+1> 近似 = |n> ,这样原子就近似处于基态与激发态 |e> 的叠加态, a 和 b 为系数。当然, n 较小时,就不能写成直积态。

  利用这类近似等式能说明,量子力学可以包容微观单个事件的系统的能量和动量的(非统计的)守恒律,并能说明与统计的守恒律不冲突。从近似等式的右边看,微观子系统的近似叠加态,对能量测量只满足统计守恒;而左边满足非统计的守恒律,即测量到 |g>|n+1> 态的能量与 |e>|n> 的相等。

  可能只有曾谨言先生的著作中,提到微观单个事件的系统的能量和动量的守恒律。书中写了早期就有的一些实验验证,其中有1925年(量子力学诞生前2个月)Bothe和Geiger利用Compton散射来做的这类守恒律的验证,来反驳玻尔等人认为的,在微观世界也许只有统计守恒的观点,也与Born的统计解释相冲突。在我查阅的至少20多本中外量子力学著作中,由于这两类守恒律被认为是冲突的,使得这些书中都没有提到非统计的守恒律,或隐含认为量子力学还不能包容这类守恒律。

  1954年Bothe与Born同获诺贝尔物理奖的成就毫无关系。Bothe的获奖演讲和一些书中都介绍了他与Geiger的守恒律的实验验证,而这不是获奖成就,因为与Born的统计解释相冲突。如此安排颁奖,应该是为将来解决这两类守恒律的冲突留下一条线索。

  利用这种近似还可以对实物粒子的双缝干涉,量子隧穿等现象给出接近直觉或经典物理观念的方式来解释。我设想的实验(可能与别人的有雷同,但解释可能是独特的)是,1缝前后各放置一个探测器,来说明1缝前测到的粒子,在1缝后比2缝后测到的概率大,即以较大概率通过了1缝;然后,撤去缝后的探测器(否则,没有干涉图样),保留缝前的探测器,就可以挑选出在1缝前测到的,并在缝后的屏上探测到的那些粒子,我猜测这些粒子会形成的干涉图样。对2缝类似。(2017年8月,在昆明学院举办的全国量子力学年会的报告中提到)

  实物粒子在1缝前被测到时为初始时刻,它与双缝物体相互作用,按薛定谔方程,粒子与双缝物体演化为纠缠态。当双缝为宏观物体时,其状态近似不变,纠缠态就近似写成直积态,粒子就近似处于两条路径的叠加态。屏与缝较近时,路径1的概率大,屏上会显示偏向1缝后的主极大的干涉图;较远时,两路径的概率接近,得到接近一般的干涉图。对2缝类似。(2次国际会议的海报展示中提到)

  我参加过的国内会议,作了6次报告交流;2次国际会议(2017年1月,在新加坡南洋理工大学举办的量子力学90年会议;2017年7月,在清华大学举办的第九届全球华人物理学大会)分别做了海报展示。通过与国内外一些研究者的交流,调查了对这类近似等式是否认可的情况(多数都是当面的即时判断,也许他们仔细考虑后会改变看法)。与十多位国外研究者的交流中,有多数人认可(包括1999年诺贝尔物理奖得主Gerard’t Hooft,C. Monroe,Choo Hiap Oh,Da-Hsuan Feng, Tongcang Li等),少数人反对(Lar Brink瑞典退休教授,前诺贝尔物理颁奖委员会负责人,Dave Weiss 等)或不确定(2004年诺贝尔物理得主David Gross等)。有过交流的国内研究者中多数人不确定,其次是认可,少数是反对。

  我注意到朗道的测量观念与主流的狄拉克的测量观念有所不同,对此有自己的观点。对不确定关系也有不同的解释。

  以上介绍及以下文章中,难免有漏洞和错误,期望阅读者们指教和质疑。

  论文情况

  【1】曾天海, 统计诠释和微观单个事件守恒律及态叠加原理的讨论, 现代物理, (2017), 7(1): 8-16。(http://www.hanspub.org/journal/mp

  【2】曾天海, 狄拉克与朗道关于量子测量观念的冲突与部分兼容的探讨, 现代物理, (2016), 6(6): 177-182。(http://www.hanspub.org/journal/mp

  【3】曾天海, 一类近似等式与单个粒子叠加态的概念性的讨论, 大学物理, (2016), 35(11): 20-23。(http://dxwl.bnu.edu.cn

  【4】Tianhai Zeng, How Does Wave Packet of a Free Particle Yield?  Journal of Modern Physics, (2015), 6, 863-868。( http://www.scirp.org/journal/jmp )

  【5】Tian-Hai Zeng,Attempt at perfecting quantum mechanics based on interaction,arXiv 1307.1851(2013)。(文中有3处打印错误)( http://xxx.arxiv.org )

  【6】Tian-Hai Zeng,New Understandings of Quantum Mechanics Based on Interaction,arXiv 1008.1691v2(2010)。( http://xxx.arxiv.org )

  【7】CUI Jing-yun(崔景云), ZENG Tian-hai(曾天海), LOU Le-sheng(娄乐生),Quality of correlation in quantum information, Journal of Beijing Institute of Technology, (2016)Vol. 25, No. 1,115-119。

  【8】曾天海,王海雷,张向东,手征和运动介质界面异常光自旋霍尔效应, 物理,(2012) 41卷6期 382-386。

  【9】ZENG Tian-Hai(曾天海), SHAO Bin(邵彬), ZOU Jian(邹健),Effects of Intrinsic Decoherence on Information Transport in a Spin Chain,CHIN. PHYS. LETT.  (2009) 26, 020313-1—020313-4。