PDF《A：理论上预言是从 1928 年狄拉克提出他的狄拉克方》

752 ・45卷(2016 年)

11 期 到很多个矩阵上. 这些矩阵的矩阵元表示的是这个可观测力学量把 一个量子态变为另一个量子态的概率幅(比如第i行第j 列的矩阵元就表示把第 j 个量子态变为第 i 个量子态的 概率幅). 那么非对角矩阵元非

0 就意味着这个可观测力学 量可以将当前作为基的一个量子态变为另一个量子 态.就意味着该算符作用到这样的量子态上就有可能 改变系统的量子态.对系统带来扰动. 而矩阵对角化的意义就是,我们通过某种变换, 把作为基的量子态换成另一组量子态.然后发现在这 组量子态下可观测力学量对应的矩阵只有对角元非

0 了.这就意味着可观测力学量作用到这样的量子态上 时,不会对量子态产生任何影响.所以这些量子态有 时候也叫"本征态" , "定态" . Q:为什么激光能量那么高,却还可以将原子冷却到 接近绝对零度? A:为了解释这个问题,我们必须先进入量子世界, 在这里,激光和原子主要的相互作是和原子核外的电 子的相互作用――假如原子外的电子在激光的刺激 下,吸收一个光子,跃迁到更高的能级,这时原子便 会获得这个光子的动量;

假如电子在激光的刺激下, 放出一个和激光光子动量同向的光子,落回原来的能 级,这时原子便会失去一部分动量.这两者对于原子 的动量的影响正好相互抵消.但是原子外的电子同时 还会发生自发辐射,即在高能级时自发辐射出一个动 量随机的光子,落回原来的能级,结合这一点,净效 应是原子获得了一部分激光光子的动量.有这一点还 不够,由于多普勒效应,原子感受到沿其运动方向和 与其运动反向的光的频率不同,因此通过巧妙选取激光 的频率,可以让原子吸收与其运动方向相反的激光的概 率更大.因此总的而言,原子得到的动量方向总是与其 运动方向相反的,在此作用下,原子得以减速冷却. Q:既然宇宙在膨胀,星星们都在离我们远去,是否太 阳系中的行星们,包括地球,也正在与太阳渐行渐远? A:现在不会,事实上宇宙膨胀是空间的膨胀,比较 直观地,可以把宇宙想象成一个二维的"平面" ,这个 "平面"局部是平的,在大尺度上是弯曲的,好比正在 被吹大的气球的表面.如果我们在气球表面画两个点, 这两个点的空间距离会越来越大.但是要注意到我们画 的这两个点之间没有任何相互作用.如果我们将两只蚂 蚁放在气球表面并用很细的弹性绳子将他们拴在一起, 可以想象尽管气球在膨胀,两只蚂蚁被绳子拽着,也不 会相距太远,这就是被相互作用束缚的结果.太阳系由 于相比宇宙尺度很小,引力束缚效果强,行星与太阳被 引力的绳子系在一起,宇宙膨胀的效果对于太阳系没有 多大影响.但是现在的宇宙在加速膨胀,如果继续这样 下去,有一天太阳系这个束缚系统也不足以对抗宇宙膨 胀了,那太阳和行星就可能要分开了. Q:如果说宇宙膨胀速度可以超过光速,那是不是可以 解释为什么夜空是黑的了? A:关于夜空为什么是黑的这个问题,很早就有科学 家思考过啦~著名的"奥伯斯悖论"讲的就是这个问 题.对于这个问题的解释我们可以从以下方面考虑: 直观的想法是星际尘埃阻碍了光的传播,但这个解释 并不对,因为中间的阻隔物也会因为光辐射逐渐变热 而产生辐射,这样下去的结果是夜空还是会变亮;