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: 我先問你最簡單的問題,量子力學是線性的還是非線性的? 不好意思,本人對於量子力學是外行,對於這個問題的答案,我的答案是"不知道"! 所以看到大家這麼踴躍地跳出來擁護量子力學的線性,就有點好奇,為何大家都如 此理所當然的認定這件事情,並且對於非線性的想法如此跳腳. 剛好我對這個話題有一點"非常小"(科普書程度)的研究.所以談一下我的了解. 我自己的了解,量子力學的非線性我們可以粗略地分成兩個部分來討論,第一個部 份我傾向稱作技術上的非線性,這類非線性主要源自於交互作用. 什麼意思呢, 例如多體物理中的哈密頓量,雖然理論的本質是線性的,但是由於交互作用過於複雜, Fock space過於龐大,因此我們根本無法線性的理解這個系統,只能透過非線性近似, 例如在凝態物理,核物理甚至在某些高能的領域中的許多透過自洽解得到的物理,這 些物理雖然是基於一個本質上線性的理論發展的,但是在了解它,探索它的過程中, 完全是非線性的. 因此我不認為討論量子力學中的非線性是一件奇怪的事情,縱然 它不是本質的. 但是理解跟探索的過程,就是非線性的. 但我想大家更感興趣的應該是如同L大的大哉問. 量子力學是線性的還是非線性 的? 更精確的問,量子體系的時間演化是線性的還是非線性的? 雖然我知道許多人都 認定當所當然是線性的,但我真的不知道? 事實上,我還知道有個人其實也太知道, 甚至曾經對這個問題深深的懺悔過.那就是鼎鼎大名的Weinberg.事實上現在你在 研究的領域,只要提到非線性QM,大概沒有人會不想到Weinberg,他幾乎跟這個主題 畫上了等號.Weinberg在1993年的時候曾經出版過一本"半科普書": "Dreams of a final theory",這本書現在在amazon上還買的到,而且很便宜: http://www.amazon.com/Dreams-Final-Theory-Scientists-Ultimate/dp/0679744088 說是半科普書的原因是這本書雖然想講的是一些軟的主題,但是沒有一定背景的人 基本上不可能看得懂.這本書裡面,Weinberg用了不小的篇幅討論了一個主題: "量子力學的運動方程中,是否有可能存在一個非線性項?" 事實上他自已還曾經寫過 一些文章,提出關於這個項的可能效應,例如這篇PRL: http://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.62.485 這個話題其實不只Weinberg,在90年代前後,其實有不少人在研究這個話題,除了理論 之外,還有人宣稱在實驗上"可能"看到了非線性的效應,例如這篇PRL: http://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.63.1031 這個話題其實是問的很有道理的.原因是因為在古典力學裡面,所有的線性效應都只是 一種"近似",例如古典的多體系統都是非線性的,即便是單粒子的牛頓方程,也只是非線 性的相對論的一種近似.順著這個思路去走,既然在古典的系統裡面的線性都是近似的 ,憑什麼在QM中,線性是一種"精確,無誤,深入到時空本質最深處"的現象?這樣的想法顯 然值得懷疑. 這也是當初Weinberg企圖發展出非線性QM的原因.它在QM的運動方程 裡面加了一個非常小的非線性項,並且企圖透過這個多出來的項來解釋一些原本被視 為是"公設"的QM法則. 可是想法才剛提出來,馬上就被打臉了,一是一個非線性的QM ,會存在許多的不自洽,二是非線性的QM會導致超光速的訊息傳遞. 基於這兩個致命的 缺點,使得Weinberg不得不放棄它的非線性QM理論. 其中一篇有名的打臉文就是這篇 http://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.66.397 最後Weinberg被逼得在自己的書中說他認為量子力學的線性是"本質的,終極的,而且 不可修改的".他會這樣說很大部分的原因是因為,他原先希望非線性的項會如同相對 論對牛頓力學那樣,提供了一種"修正",但是在QM中,引入的非項性所導致的不自洽, 並不只是一種修正,而是一種根基上的徹底動搖.這當然是個"不划算的交易!",所以最終 也逼得他不得不放棄了. 但就如同Bell的變數理論一樣,最初理論本身雖然被打臉,但是他卻開了一扇門.Weinberg 的非線性QM也是一樣的.後來對於非線性QM的理論越來越多,也越來越往一種更自洽的 方向邁進. 這個領域雖然還是小眾,但是並沒有死去.甚至還吸引了很多作純數學的人進 來玩. 例如這篇文章就認為QE若存在非線性效應,將可能解決NP完備的問題: http://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.63.1031 洋洋灑灑談了一堆,談白說對這問題我真的不太懂,只敢淺談.而peter308所提的非線 性的理論我不是完全沒聽過,就是連他們是不是英文都不太確定.也許真的正如幾位 強者同好所言,p大確實把一些關於古典的非線性觀念誤植到的QM上.但我無法置評.不過 我可以很肯定地說,P大提出的問題: "QM的不確定性是否來自非線性?" 絕對是一個 超級大問題,而且足以讓許多人終其一身在這問題上打轉. nonlinear QM是個還在探索的領域,偶爾也會在PRA或PRL上看到一些關於這方面的文章. 但我從沒涉獵過.不過一個線性的QM至少是一個好的低能近似,這點我想應該是沒有異 議的. 至於是不是如Weinberg懺悔所言,一個線性QM是"本質的且終極的",我不懂. 但 至少我知道那些還在這個領域打滾的專家聽到了十有八九會跳起來把你踢出辦公室的 門就是了. -- ★人生中最溫暖的夏天是在紐約的冬天 -- ※ 發信站: 批踢踢實業坊(ptt.cc), 來自: 174.77.34.107 ※ 文章網址: https://www.ptt.cc/bbs/Physics/M.1430617745.A.639.html
yarnball: 我覺得他問的跟你想回答的根本兩馬子事 05/03 10:24
pipidog: 我根本看不懂他想問的,我不懂非線性,我只對大家為何可 05/03 10:41
pipidog: 以如此肯定QM是線性的感到好奇? 我以為這領域都還有一直 05/03 10:44
noonee: 其實我根本看不懂所謂 量子力學是線性還是非線性 是指啥 05/03 10:44
pipidog: 在出文章,所以說我回P大的,不如我是回其他大大的 05/03 10:44
noonee: 或者說 我想直接回問發問者 你指的是哪一部份? 05/03 10:44
yarnball: 因為事實上大家都是在針對他的問題 沒人特別想回應到底 05/03 10:50
yarnball: 非線性的QM會有怎樣的後果 就好像別人問相對論的問題 結 05/03 10:51
yarnball: 果有人出來回答 萬一超光速的話其實會怎樣 之類的 05/03 10:51
jksen: 我看了一下回文,好像也只有Lindemann比較傾向量力完全是線 05/03 11:33
jksen: 性,其他人沒說死。我認為peter308所問的有點類似一般的薛 05/03 11:33
jksen: 丁格方程式是不完備的,Hamiltionian考慮非線性能夠解釋不 05/03 11:33
jksen: 確定性原理。可是線性系統的波動力學就能導出不確定性關係 05/03 11:34
jksen: ,完全不需要非線性項,不確定關係是微觀粒子的波動性賦予 05/03 11:34
jksen: 的,我覺得他可能哪邊觀念有搞錯。 05/03 11:34
yyc2008: peter問的是這一套人類弄出來的QM是否來自非線性項 不是 05/03 13:34
yyc2008: 自然界小尺度的物理是否有非線性 05/03 13:35
jass970991: 我覺得他是搞錯了光從線性項中就可以推得的波動性 05/03 13:37
jass970991: 然後誤以為是從非線性中來的 05/03 13:37
jksen: 看看peter這句:"這個因為非線性造成之後運動軌跡不確定性的 05/03 15:25
jksen: 本質就無法真正消除",他就是搞混非線性現象造成的不確定性 05/03 15:25
jksen: 跟波動性造成的不確定性。他一直試著用質點運動學的觀點去 05/03 15:25
jksen: 解釋所謂的電子軌跡不可預測,所以他根本誤解電子軌跡不可 05/03 15:25
jksen: 預測的意思是什麼。假設有一個無限計算能力的惡魔,他可以 05/03 15:25
jksen: 100%預測古典的非線性(混沌)現象的未來,但是仍然無法100% 05/03 15:25
jksen: 預測在他觀測的時候電子的精準位置。 05/03 15:25
recorriendo: 量子力學整個假設在Hilbert space上 如果不是線性那 05/03 18:32
recorriendo: 你連Hilbert space的假設都不成立了 整個要打掉重寫 05/03 18:32
recorriendo: 不過線性非線性不是重點 原發問是關於不確定性的根源 05/03 18:34
recorriendo: 量子uncertainty跟非線性動力學的chaos是兩回事 05/03 18:35
Lindemann: 推,p大好文讓我長知識 05/03 22:25
sputtering: 這誤解完全是QM理論的含意及對於QM發展的不認識所造成 05/03 22:31
sputtering: 希望那個說非線性要表示uncertaint的去了解一下 05/03 22:35
sputtering: 哥本哈根學派跟愛氏的論戰 EPR Bell的歷史去了解 05/03 22:46
sputtering: 尤其是對貝爾不等式的邏輯上的意義弄清楚 05/03 22:48
eldar: 推 量力的不確定性或許有更基本的東西在裡面 05/04 01:42
sputtering: 非線性的平衡點不穩定性 雖然是不確定 但前一次的軌跡 05/04 06:06
sputtering: 與後一次的軌跡是有因果關係的 而量子力學是完全沒有 05/04 06:09
sputtering: 講難聽一點 如果量子力學公式可以用實微分方程取代 05/04 06:12
sputtering: 波茲曼就不會得憂鬱症了 您知道當時有多少人要以既有 05/04 06:14
sputtering: 的理論基礎要去解釋紫外發散困難嗎 如果用非線性可以 05/04 06:16
sputtering: 解出紫外發散問題 再講一次 依照貝爾不等式 05/04 06:22
sputtering: 隱變數是錯的 隱變數是錯的 隱變數是錯的 很重要 05/04 06:25
sputtering: 所以要說三次 05/04 06:26
pipidog: 其實隱變數不能說是錯的,只能說定域的隱變數理論是錯的. 05/04 06:42
pipidog: Bohm (就是AB effect裡面的那個B) 的quantum potential理 05/04 06:43
pipidog: 論就是一種隱變數理論,只是是非局域的. 他的理論就可以完 05/04 06:44
yarnball: Bohm的理論據說很難將量子場論與標準模型納進其中 其實 05/04 06:58
yarnball: 說白了 很多物理學家多少知道量子理論的根本依然值得思 05/04 06:58
yarnball: 辯 但如果只是用另外一個語言描述卻給不了新的預測或觀 05/04 06:59
yarnball: 念 那終究對不少物理學家而言就不見得是最重要的問題 於 05/04 07:00
yarnball: 是無腦的哥本哈根詮釋反而是個讓大家別浪費時間吵架的共 05/04 07:00
yarnball: 識 最起碼不花時間關心這點後 物理學家可以把心力放在其 05/04 07:01
yarnball: 他問題上 至於現今很多未解的難題 到底是不是真的來自於 05/04 07:01
yarnball: 物理學家對於量子理論的根本認識不夠 還是只是因為沒想 05/04 07:02
yarnball: 出其他方法 這也沒人知道 就像當年Dirac或Heisenberg都 05/04 07:02
yarnball: 無法接受重整化 認為這代表量子理論是錯誤的 需要第二次 05/04 07:03
yarnball: 革命 結果沒想到反而是保守的年輕Feynman和Schwinger是 05/04 07:04
yarnball: 正確的 重整化的物理意涵在後來的Wilson有進一步的澄清 05/04 07:04
sputtering: 無腦的哥本哈根詮釋當時當然是被嗤笑的 愛因斯坦就是 05/04 07:25
sputtering: 只是很抱歉 關於貝爾不等式的實驗研究已經做到爛掉 05/04 07:27
sputtering: 依然顯示 哥本哈根詮釋已經變為真理了 至於場論 那是 05/04 07:29
sputtering: 後來的事了 05/04 07:30
yarnball: 哥本哈根詮釋絕對不見得是真理 quantum decoherence的 05/04 07:35
yarnball: 研究很多 可以google 05/04 07:35
peter308: 推你的觀點!! 05/05 22:27