量子混沌本质上很难表征。因此,多体系统中量子混沌的精确定义仍然难以捉摸,我们对量子混沌系统动力学的理解仍然不够充分。这种理解的缺乏是理论物理学中许多未解决的问题的核心,例如量子多体系统中的热化和传输,以及黑洞信息丢失。它也促使从凝聚态物理学到量子引力等各个物理学分支对量子混沌重新产生兴趣[1]。另一方面,混沌经典系统的特点是它们对初始条件的敏感依赖性:在几乎相同的初始状态下准备的两个这样的系统副本(即相空间中相隔非常小距离的两个不同点),将随着时间的推移演变成相距很远的配置。更准确地说,相空间中两点之间的距离随着
5 量子力学 – 函数和算子电子的状态用称为状态向量或函数的量表示,它通常是许多变量的函数,包括时间。在 PH425 中,您学习了包含有关粒子自旋状态信息的函数。我们将对函数中包含的有关粒子位置、动量和能量的信息以及函数随时间的发展感兴趣。在 PH 425 中,您学习了自旋算子 S 2 、S z 、S x 等。我们将学习位置、动量和能量算子。在 PH425 中,您将算子表示为矩阵(以不同的基数),将函数表示为列向量。我们将学习将算子表示为数学指令(例如导数),将函数表示为函数(波函数)。
手性、量子力学和生物决定论 PCW Davies 澳大利亚天体生物学中心 麦考瑞大学,新南威尔士,澳大利亚 2109 和亚利桑那州立大学,邮政信箱 876505,坦佩,AZ 85287-6505 摘要 天体生物学的目标就是发现第二个独立于地球生命而从头出现的生命样本(而不是通过胚种论过程与地球生命拥有共同起源的外星生命)。然后,就有可能将生物学中符合规律和预期的方面与偶然和偶然的方面区分开来,从而解决自然法则是否本质上对生物友好的问题。流行的假设是生命是物理和化学的几乎不可避免的产物,因此在宇宙中广泛存在,这被称为生物决定论。生物决定论是否正确仍是一个悬而未决的问题,因为基础物理学中几乎没有支持它的直接证据。同手性是已知生命的深层属性,为偶然性与规律性或偶然性与必然性之间的相互竞争思想提供了一个重要的测试案例。可以想象,手性特征是由基础物理学通过破坏宇称的弱相互作用和电磁相互作用的混合印刻在生命上的。如果是这样,同手性将是普遍的和有规律的。另一方面,它可能是偶然的结果:前生物阶段的随机分子事故。如果后一种解释是正确的,我们可以预期,即使第二个生命样本在基本生物化学上与已知生命相似,它也可能具有相反的手性特征。因此,在生物决定论方面,手性和生物发生之间存在着一种奇怪的正相关关系。如果生命的手性特征是偶然的产物,我们可能希望发现“镜像生命”(即具有相反手性特征的生物)作为第二次起源的证据,后者将证明生命从非生命中出现是准确定性的。另一方面,如果手性特征是由基础物理学决定的,那么确定外星生命的独立起源可能要困难得多,因为外星生命的生化组成与已知生命相似。在继续通过实验寻找第二个生命样本(可能是通过检测手性“异常”)的同时,可以进行一些理论研究以缩小选择范围。手性决定论本质上是一个量子过程。有迹象表明量子力学在生物学中起着关键作用,但这一说法仍然存在争议。在这里,我回顾了一些关于生物学量子方面的证据。我还总结了一些建议,通过寻找地球上多个起源事件的证据来测试生物决定论,并识别现存的“外星微生物”——从熟悉生命的独立起源中进化而来的微生物。关键词:生物物理学,同手性、量子力学、生物决定论 1. 偶然性和必然性 生物学史上的一个里程碑事件是雅克·莫诺出版了他的奠基之作《偶然性和必然性》1 。在这本书中,莫诺指出,生物体的形成部分是由自然法则决定的,部分是由偶然事件或应急事件决定的。也就是说,生物体的某些特征在某种意义上是宇宙性质预先决定的、基本的和不可避免的,而其他特征则纯属偶然和附带的。问题是要知道哪个是哪个。鉴于我们只有一个生命样本可供研究,因此很难将必然性和偶然性区分开来。天体生物学的主要动机当然是发现第二个生命样本,这将有助于我们识别基本和普遍特征,并将它们与特定和偶然特征区分开来。在没有第二个生命样本的情况下,关于偶然性和必然性的相对组合产生分歧的范围很大。因此,莫诺德认为,生命绝大部分是偶然的产物,斯蒂芬·杰伊·古尔德也持同样的观点,他认为,即使是智力等基本特征也纯粹是偶然的。另一方面,
最近有两篇论文,一篇由 Jacques Pienaar [ 1 ] 撰写,另一篇由 Časlav Brukner [ 2 ] 撰写,对量子力学的关系诠释 (RQM,也称为关系量子力学) [ 3 – 6 ] 提出了深刻的观察和反对意见。本文将详细讨论这两篇论文。我们指出,其中的观察并不是对 RQM 的挑战,而是澄清和强化这种诠释某些方面的论据。由于 Pienaar 的论文更为详细,因此我们主要讨论它,并在相关之处提及 Brukner 的论文。Pienaar 将他对关系诠释的反对意见分为两部分。第一部分涉及 RQM 与狭义相对论的类比;第二部分涉及 RQM 中客观性的地位。在第一部分中,皮纳尔指出,与狭义相对论的类比只是部分的:狭义相对论中变量“相对”的意义比变量“相对”的意义更为有限
本文介绍了一项对算法信息理论与量子力学交集的已发表和未发表材料的调查。据作者所知,这是其类型的第一个。 审查了量子状态算法含量的三个不同概念。 引入了算法量子典型性和相互信息的概念。 探索了算法信息与量子测量之间的关系。 令人惊讶的结果之一是,在进行分解时,绝大多数的量子(纯和混合)状态将导致经典概率,而没有算法信息。 因此,大多数量子状态将其切成白噪声。 回顾了马丁·洛夫的量子分析。 算法信息理论为许多世界理论带来了新的并发症,因为它与独立性的假设相冲突。 当排除算法复杂的过程时,需要进行测量以产生与具有可克性信息的量子状态的分布。据作者所知,这是其类型的第一个。审查了量子状态算法含量的三个不同概念。概念。探索了算法信息与量子测量之间的关系。令人惊讶的结果之一是,在进行分解时,绝大多数的量子(纯和混合)状态将导致经典概率,而没有算法信息。因此,大多数量子状态将其切成白噪声。回顾了马丁·洛夫的量子分析。算法信息理论为许多世界理论带来了新的并发症,因为它与独立性的假设相冲突。当排除算法复杂的过程时,需要进行测量以产生与具有可克性信息的量子状态的分布。
本课程为工程学本科生提供设计量子设备和系统(包括量子计算机)所需的物理理解和数学能力。因此,整个课程的主要参与者是固体中的电子。学生有望学习:1)何时或在什么条件下,量子效应在设备中变得不可忽略;2)如何计算在人工势结构中移动的电子的量子态(波函数)和能量;3)什么决定了量子固态设备的电学和光学特性。我们将尽早介绍量子力学的基本数学基础,然后紧接着介绍量子信息和量子计算,这是量子力学最重要的新兴应用之一。我们将力求在严格的数学推导和示例问题解决之间取得良好的平衡。这些问题将是实际的,包括量子阱红外光电探测器、太阳能电池、量子隐形传态、布洛赫振荡、LED 的带隙工程、量子级联激光器、拓扑能带结构和范德华异质结构的能带图等现代主题。
自量子物理学诞生以来,“量子”和“经典”世界之间的界限问题就一直备受关注,但今天,这一领域仍有许多悬而未决的问题,而社会对此还没有达成共识。这里最著名的问题可能是测量问题:决定宏观(“经典”)仪器在测量微观(“量子”)系统特性时的行为的规则如何遵循量子力学方程(以及它们是否遵循)。首先,有必要说明的是,量子理论中采用的术语与一般物理术语有本质区别。通常在物理学中(以及在日常生活中),测量被理解为使用测量设备对某些物理量和参考值进行比较。在这种情况下,测量误差通常是由设备的不完善而不是由所研究系统的属性决定的,可以通过改进仪器和测量程序来减少。在量子
本文对算法信息论和量子力学交叉领域的已发表和未发表的资料进行了综述。据作者所知,这是此类综述的首例。综述了三种不同的量子态算法内容概念。介绍了算法量子典型性和互信息的概念。探讨了算法信息与量子测量之间的关系。令人惊讶的结果之一是,绝大多数量子态(纯态和混合态)在进行退相干时,将产生没有算法信息的经典概率。因此,大多数量子态退相干为白噪声。综述了 Martin L¨ 的随机序列的量子模拟。算法信息论为多世界理论带来了新的复杂性,因为它与独立性假设相冲突。当排除算法复杂的过程时,需要测量来产生具有可克隆信息的量子态分布。
本课程为工程学本科生提供设计量子设备和系统(包括量子计算机)所需的物理理解和数学能力。因此,整个课程的主要参与者是固体中的电子。学生有望学习:1)何时或在什么条件下,量子效应在设备中变得不可忽略;2)如何计算在人工势结构中移动的电子的量子态(波函数)和能量;3)什么决定了量子固态设备的电学和光学特性。将尽早介绍量子力学的基本数学基础,然后立即介绍量子信息和量子计算,这是量子力学最重要的新兴应用之一。我们将力求在严格的数学推导和示例问题解决之间取得良好的平衡。问题将是实际的,包括量子阱红外光电探测器、太阳能电池、量子隐形传态、布洛赫振荡、LED 的带隙工程、量子级联激光器、拓扑能带结构和范德华异质结构的能带图等现代主题。必修课文:
我们将使用理想的顺序以及给出每个部分的时间,但是没有传统的演讲。相反,我将在当天的主题上提出一个或两个例子;我们将有开放的问答时间(进行公开讨论),重点是这些主题;我们将分为较小的小组进行小组工作。小组工作可能包括有关问题集的一些工作。我将在小组之间进行讨论,提供建议和回答问题。•问题集将比通常的课程更长,更难,但部分在课堂上完成,主要在小组工作中完成。因此,将有很多工作,但是您将有足够的时间来做到这一点,并有很多帮助来解决问题。本课程的总工作负载(观看讲座视频,阅读书籍和做问题集)将与其他类似。
