量子躍遷：“無用”研究背后的玄機

張衛平

自量子力學誕生以來，其數學形式，包括薛定諤方程本身都是精確可計算，并確定性地給出系統各種可能的本征狀態。而歷史上引起長期爭論的焦點是以玻爾、海森堡為代表的哥本哈根學派的量子力學的統計詮釋規則。這一規則認為，量子力學對客觀世界的描述只能是統計性的，而不是確定性的，系統的客觀狀態應該是那些數學上允許的各種可能本征態的統計疊加，并隱含地假定系統在這些態之間的量子躍遷是隨機且不連續的。

這種觀點遭到了以愛因斯坦、薛定諤為代表的確定論者的強烈反對，引發了量子力學發展史上的哲學大辯論。辯論的結果卻是哥本哈根學派占了上風，其規則逐漸被證明是有效的。這也就導致了后來所謂工具主義者倡議的出現，擱置爭議，接受規則。盡管如此，長期以來，科學界對哥本哈根學派的質疑從來沒有停止過。本期《世界科學》介紹的耶魯大學小組關于量子躍遷的研究，依然是這個問題的某種意義的延續。

隨著中國日新月異的發展，媒體與大眾從來沒有像今天這樣熱情地追逐科學新聞，這對華夏子孫應該是一件值得慶幸的事。然而，俗話說，外行看熱鬧，內行看門道。其實對于同行而言，了解科學研究本身隱藏的玄機與背后的故事，才更有思考與啟迪性。就耶魯大學的研究，我更想借此機會，談談其中的一位作者卡邁科（Howard Carmichael）的故事。

20世紀80年代末，我有幸成為量子光學奧克蘭學派創始人沃爾斯（Daniel F.Walls）教授的博士后，從而結識了卡邁科。用中國現在流行的稱謂，他是沃爾斯教授的大弟子，為人低調，不善言談，總是關注思考一些看似“無用”卻又深奧的難題。我認識他時，他就已經因揭示原子共振熒光的量子特性而聲名鵲起。自此之后，一直默默無聞。后偶爾聽過他一些學術報告，知道他在鼓搗一種稱為“量子軌跡”的方法，并一弄就是十幾年，還由Springer出版社出版了一部相關的研究專著。我再次見到卡邁科，是回國多年后的事。當時隨國家自然科學基金委學術代表團訪問新西蘭，他是奧克蘭大學負責接待的人。沒想到的是，這位仁兄見到我們時，只是興奮地在黑板前手舞足蹈地介紹他的“量子軌跡”研究，似乎站在他面前的，不是遠道而來的訪客，而是聽他講解的學生，甚至有關訪問行程的安排都被丟在了九霄云外，讓我們隨行的領導尷尬不已。

此次訪問一別，也就再沒有卡邁科的消息。直到不久前看到耶魯大學“量子躍遷”的研究文章，發現他的名字赫然在列，內心不禁有點莫名的感慨。表面上看，他并不是中國學術界大為推崇的文章第一作者或通訊作者，但跨過時間流逝的長河，作為了解他的學術同門，浮現在我眼前的是一個純粹學者幾十年執著探索與追求真理的身影。盡管“量子軌跡”理論本身仍然是玄妙的，但卡邁科在這項研究中的理論指導性貢獻是毋庸置疑的。

在泛量子浪潮的當下，這項研究背后的玄機與故事，有著意味深長的警示。人類對量子本質的認識，仍然還在朦朧之中。自媒體上成天吆喝的“量子技術”，不過是夏日清晨天邊的一抹彩霞，美麗卻依然遙遠。在弘揚文化自信的今天，我們更要冷靜地推動文化理性，讓理性的光輝照亮中華大地，讓一批智者能安靜地思考，創慧性地沉淀。不只是狂熱地一味追逐所謂的“有用”，而是要在科學與理性地探索“無用”的研究中，揭示真理的靈性，積聚創造的力量，開拓“無用”之大用的中華科學創新之路。