北京理工大學(xué)物理學(xué)院研究生導(dǎo)師：曾天海

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北京理工大學(xué)物理學(xué)院研究生導(dǎo)師曾天海介紹如下：

姓名：曾天海
所在學(xué)科：物理學(xué)院
職稱：副高
E-mail：zengtianhai@bit.edu.cn

個(gè)人簡(jiǎn)歷

1980-1984年，蘭州大學(xué)，理論物理學(xué)士學(xué)位；

1988-1991年，吉林大學(xué)，原子分子物理碩士學(xué)位；

2001-2009年，本校，在職博士學(xué)位

工作經(jīng)歷

1984-1988年，南昌職業(yè)技術(shù)師范學(xué)院物理與電子系教師；

1991年至今（2018年3月）本校應(yīng)用物理系（1991-2011）、物理學(xué)院（2011至今）教師。

1997年至今，副教授。從事大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課教學(xué)（1991-2003，2007至今）；先后講授本系的本科電子線路（1994-1997，2004-2010），普物力學(xué)（2000-2003），理論力學(xué)（2001-2006）；工科電磁學(xué)（1999）；本系、學(xué)院研究生量子信息引論（2004-2016，2017與新教師合作），高等量子力學(xué)（2015-2016，2017與新教師合作）。

研究方向

近十年，探究量子力學(xué)的一些基本問題，例如，狀態(tài)疊加原理是否與無處不在的相互作用有關(guān)？微觀單個(gè)事件的系統(tǒng)的能量和動(dòng)量的守恒律（這里簡(jiǎn)稱為非統(tǒng)計(jì)的守恒律）能否引入量子力學(xué)？對(duì)實(shí)物粒子的雙縫干涉，量子隧穿等量子現(xiàn)象，能否用接近直覺或經(jīng)典物理觀念的方式來解釋？朗道的量子測(cè)量觀念與狄拉克等人的主流觀念有沖突，如何來解決？……

學(xué)術(shù)成就

我注意到一些可能是被人們忽視的小問題，如自由粒子不能從動(dòng)能或動(dòng)量本征態(tài)，按薛定諤方程演化為不同動(dòng)能或動(dòng)量的相干疊加態(tài)；對(duì)于電子的內(nèi)稟自旋態(tài)，按不同正交基展開，似乎可以得到不同的疊加態(tài)，但并不能顯出相干性，需要如Stern-Gerlach實(shí)驗(yàn)的較強(qiáng)的非均勻磁場(chǎng)，才能得到電子的兩個(gè)自旋反平行的態(tài)與其兩條路徑態(tài)的糾纏態(tài)，也是相干疊加態(tài)；因此粒子必須與別的物體或場(chǎng)進(jìn)行相互作用才能得到相干疊加態(tài)；測(cè)量也是有相互作用的。

將較大物體（或強(qiáng)場(chǎng)、環(huán)境）視為復(fù)合量子系統(tǒng)的一部分，從概念上說，大的物體與微觀子系統(tǒng)（如氫原子中的質(zhì)子和電子）的相互作用使這復(fù)合系統(tǒng)處于糾纏態(tài)（即不可以寫成分別描述幾個(gè)子系統(tǒng)的態(tài)矢的乘積或稱直積的態(tài)；可以的就稱為直積態(tài)），盡管許多情形的大物體的動(dòng)能算符和相互作用能的形式復(fù)雜或未知，使中間演化過程難以或無法計(jì)算，但結(jié)果只有兩類：糾纏態(tài)或直積態(tài)。朗道對(duì)此判斷是一般不能得到直積態(tài)。我們可以認(rèn)為一般得到糾纏態(tài)。順便一說，朗道與栗弗席茨的非相對(duì)論量子力學(xué)，費(fèi)曼的物理學(xué)講義，狄拉克的量子力學(xué)等直到2000年的許多著作中都沒有糾纏態(tài)的概念。

然后，再考慮大的物體在短時(shí)間內(nèi)的狀態(tài)近似不變，糾纏態(tài)近似寫成大物體與微觀子系統(tǒng)的直積態(tài)，微觀子系統(tǒng)就近似地處于相干疊加態(tài)。這樣，后做近似可以提醒自己，實(shí)際上相干疊加態(tài)是與大物體及相互作用有關(guān)的，因而狀態(tài)疊加原理也該與相互作用有關(guān)。而先做近似，把大物體的狀態(tài)看作近似不變，則使人們沒有意識(shí)到相干疊加態(tài)與大物體和相互作用有關(guān)。人們認(rèn)為粒子自身具有波動(dòng)性或狀態(tài)相干疊加性，說明一直到現(xiàn)在都沒有認(rèn)識(shí)到這點(diǎn)或不這樣認(rèn)為。

例如，一個(gè)基態(tài) | g > 原子與微型光腔中的 n+1 個(gè)同頻率光子共振相互作用，這個(gè)系統(tǒng)就處于近似等式 a|g>|n+1> + b|e>|n> 近似 = ( a|g> + b|e> ) |n> 左邊的糾纏態(tài)，之所以能近似寫成右邊的直積態(tài)，是因?yàn)楫?dāng) n 很大時(shí)，短時(shí)間內(nèi)有光子數(shù)態(tài) |n+1> 近似 = |n> ，這樣原子就近似處于基態(tài)與激發(fā)態(tài) |e> 的疊加態(tài)， a 和 b 為系數(shù)。當(dāng)然， n 較小時(shí)，就不能寫成直積態(tài)。

利用這類近似等式能說明，量子力學(xué)可以包容微觀單個(gè)事件的系統(tǒng)的能量和動(dòng)量的（非統(tǒng)計(jì)的）守恒律，并能說明與統(tǒng)計(jì)的守恒律不沖突。從近似等式的右邊看，微觀子系統(tǒng)的近似疊加態(tài)，對(duì)能量測(cè)量只滿足統(tǒng)計(jì)守恒；而左邊滿足非統(tǒng)計(jì)的守恒律，即測(cè)量到 |g>|n+1> 態(tài)的能量與 |e>|n> 的相等。

可能只有曾謹(jǐn)言先生的著作中，提到微觀單個(gè)事件的系統(tǒng)的能量和動(dòng)量的守恒律。書中寫了早期就有的一些實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，其中有1925年（量子力學(xué)誕生前2個(gè)月）Bothe和Geiger利用Compton散射來做的這類守恒律的驗(yàn)證，來反駁玻爾等人認(rèn)為的，在微觀世界也許只有統(tǒng)計(jì)守恒的觀點(diǎn)，也與Born的統(tǒng)計(jì)解釋相沖突。在我查閱的至少20多本中外量子力學(xué)著作中，由于這兩類守恒律被認(rèn)為是沖突的，使得這些書中都沒有提到非統(tǒng)計(jì)的守恒律，或隱含認(rèn)為量子力學(xué)還不能包容這類守恒律。

1954年Bothe與Born同獲諾貝爾物理獎(jiǎng)的成就毫無關(guān)系。Bothe的獲獎(jiǎng)演講和一些書中都介紹了他與Geiger的守恒律的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，而這不是獲獎(jiǎng)成就，因?yàn)榕cBorn的統(tǒng)計(jì)解釋相沖突。如此安排頒獎(jiǎng)，應(yīng)該是為將來解決這兩類守恒律的沖突留下一條線索。

利用這種近似還可以對(duì)實(shí)物粒子的雙縫干涉，量子隧穿等現(xiàn)象給出接近直覺或經(jīng)典物理觀念的方式來解釋。我設(shè)想的實(shí)驗(yàn)（可能與別人的有雷同，但解釋可能是獨(dú)特的）是，1縫前后各放置一個(gè)探測(cè)器，來說明1縫前測(cè)到的粒子，在1縫后比2縫后測(cè)到的概率大，即以較大概率通過了1縫；然后，撤去縫后的探測(cè)器（否則，沒有干涉圖樣），保留縫前的探測(cè)器，就可以挑選出在1縫前測(cè)到的，并在縫后的屏上探測(cè)到的那些粒子，我猜測(cè)這些粒子會(huì)形成的干涉圖樣。對(duì)2縫類似。（2017年8月，在昆明學(xué)院舉辦的全國量子力學(xué)年會(huì)的報(bào)告中提到）

實(shí)物粒子在1縫前被測(cè)到時(shí)為初始時(shí)刻，它與雙縫物體相互作用，按薛定諤方程，粒子與雙縫物體演化為糾纏態(tài)。當(dāng)雙縫為宏觀物體時(shí)，其狀態(tài)近似不變，糾纏態(tài)就近似寫成直積態(tài)，粒子就近似處于兩條路徑的疊加態(tài)。屏與縫較近時(shí)，路徑1的概率大，屏上會(huì)顯示偏向1縫后的主極大的干涉圖；較遠(yuǎn)時(shí)，兩路徑的概率接近，得到接近一般的干涉圖。對(duì)2縫類似。（2次國際會(huì)議的海報(bào)展示中提到）

我參加過的國內(nèi)會(huì)議，作了6次報(bào)告交流；2次國際會(huì)議（2017年1月，在新加坡南洋理工大學(xué)舉辦的量子力學(xué)90年會(huì)議；2017年7月，在清華大學(xué)舉辦的第九屆全球華人物理學(xué)大會(huì)）分別做了海報(bào)展示。通過與國內(nèi)外一些研究者的交流，調(diào)查了對(duì)這類近似等式是否認(rèn)可的情況（多數(shù)都是當(dāng)面的即時(shí)判斷，也許他們仔細(xì)考慮后會(huì)改變看法）。與十多位國外研究者的交流中，有多數(shù)人認(rèn)可（包括1999年諾貝爾物理獎(jiǎng)得主Gerard’t Hooft，C. Monroe，Choo Hiap Oh，Da-Hsuan Feng, Tongcang Li等），少數(shù)人反對(duì)（Lar Brink瑞典退休教授，前諾貝爾物理頒獎(jiǎng)委員會(huì)負(fù)責(zé)人，Dave Weiss 等）或不確定（2004年諾貝爾物理得主David Gross等）。有過交流的國內(nèi)研究者中多數(shù)人不確定，其次是認(rèn)可，少數(shù)是反對(duì)。

我注意到朗道的測(cè)量觀念與主流的狄拉克的測(cè)量觀念有所不同，對(duì)此有自己的觀點(diǎn)。對(duì)不確定關(guān)系也有不同的解釋。

以上介紹及以下文章中，難免有漏洞和錯(cuò)誤，期望閱讀者們指教和質(zhì)疑。

論文情況

【1】曾天海， 統(tǒng)計(jì)詮釋和微觀單個(gè)事件守恒律及態(tài)疊加原理的討論， 現(xiàn)代物理, （2017）, 7(1): 8-16。（http://www.hanspub.org/journal/mp）

【2】曾天海， 狄拉克與朗道關(guān)于量子測(cè)量觀念的沖突與部分兼容的探討， 現(xiàn)代物理, （2016）, 6(6): 177-182。（http://www.hanspub.org/journal/mp）

【3】曾天海， 一類近似等式與單個(gè)粒子疊加態(tài)的概念性的討論， 大學(xué)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處打印錯(cuò)誤）( 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(婁樂生)，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，張向東，手征和運(yùn)動(dòng)介質(zhì)界面異常光自旋霍爾效應(yīng), 物理，(2012) 41卷6期 382-386。

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