北京理工大學物理學院研究生導師：曾天海

導師信息來源：北京理工大學物理學院 2019-05-10　相關院校：北京理工大學

北京理工大學物理學院研究生導師曾天海介紹如下：

姓名：曾天海
所在學科：物理學院
職稱：副高
E-mail：zengtianhai@bit.edu.cn

個人簡歷

1980-1984年，蘭州大學，理論物理學士學位；

1988-1991年，吉林大學，原子分子物理碩士學位；

2001-2009年，本校，在職博士學位

工作經歷

1984-1988年，南昌職業技術師范學院物理與電子系教師；

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

1997年至今，副教授。從事大學物理實驗課教學（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（2000-2003），理論力學（2001-2006）；工科電磁學（1999）；本系、學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（2015-2016，2017與新教師合作）。

研究方向

近十年，探究量子力學的一些基本問題，例如，狀態疊加原理是否與無處不在的相互作用有關？微觀單個事件的系統的能量和動量的守恒律（這里簡稱為非統計的守恒律）能否引入量子力學？對實物粒子的雙縫干涉，量子隧穿等量子現象，能否用接近直覺或經典物理觀念的方式來解釋？朗道的量子測量觀念與狄拉克等人的主流觀念有沖突，如何來解決？……

學術成就

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能或動量本征態，按薛定諤方程演化為不同動能或動量的相干疊加態；對于電子的內稟自旋態，按不同正交基展開，似乎可以得到不同的疊加態，但并不能顯出相干性，需要如Stern-Gerlach實驗的較強的非均勻磁場，才能得到電子的兩個自旋反平行的態與其兩條路徑態的糾纏態，也是相干疊加態；因此粒子必須與別的物體或場進行相互作用才能得到相干疊加態；測量也是有相互作用的。

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

然后，再考慮大的物體在短時間內的狀態近似不變，糾纏態近似寫成大物體與微觀子系統的直積態，微觀子系統就近似地處于相干疊加態。這樣，后做近似可以提醒自己，實際上相干疊加態是與大物體及相互作用有關的，因而狀態疊加原理也該與相互作用有關。而先做近似，把大物體的狀態看作近似不變，則使人們沒有意識到相干疊加態與大物體和相互作用有關。人們認為粒子自身具有波動性或狀態相干疊加性，說明一直到現在都沒有認識到這點或不這樣認為。

例如，一個基態 | g > 原子與微型光腔中的 n+1 個同頻率光子共振相互作用，這個系統就處于近似等式 a|g>|n+1> + b|e>|n> 近似 = ( a|g> + b|e> ) |n> 左邊的糾纏態，之所以能近似寫成右邊的直積態，是因為當 n 很大時，短時間內有光子數態 |n+1> 近似 = |n> ，這樣原子就近似處于基態與激發態 |e> 的疊加態， a 和 b 為系數。當然， n 較小時，就不能寫成直積態。

利用這類近似等式能說明，量子力學可以包容微觀單個事件的系統的能量和動量的（非統計的）守恒律，并能說明與統計的守恒律不沖突。從近似等式的右邊看，微觀子系統的近似疊加態，對能量測量只滿足統計守恒；而左邊滿足非統計的守恒律，即測量到 |g>|n+1> 態的能量與 |e>|n> 的相等。

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

1954年Bothe與Born同獲諾貝爾物理獎的成就毫無關系。Bothe的獲獎演講和一些書中都介紹了他與Geiger的守恒律的實驗驗證，而這不是獲獎成就，因為與Born的統計解釋相沖突。如此安排頒獎，應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實物粒子的雙縫干涉，量子隧穿等現象給出接近直覺或經典物理觀念的方式來解釋。我設想的實驗（可能與別人的有雷同，但解釋可能是獨特的）是，1縫前后各放置一個探測器，來說明1縫前測到的粒子，在1縫后比2縫后測到的概率大，即以較大概率通過了1縫；然后，撤去縫后的探測器（否則，沒有干涉圖樣），保留縫前的探測器，就可以挑選出在1縫前測到的，并在縫后的屏上探測到的那些粒子，我猜測這些粒子會形成的干涉圖樣。對2縫類似。（2017年8月，在昆明學院舉辦的全國量子力學年會的報告中提到）

實物粒子在1縫前被測到時為初始時刻，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。當雙縫為宏觀物體時，其狀態近似不變，糾纏態就近似寫成直積態，粒子就近似處于兩條路徑的疊加態。屏與縫較近時，路徑1的概率大，屏上會顯示偏向1縫后的主極大的干涉圖；較遠時，兩路徑的概率接近，得到接近一般的干涉圖。對2縫類似。（2次國際會議的海報展示中提到）

我參加過的國內會議，作了6次報告交流；2次國際會議（2017年1月，在新加坡南洋理工大學舉辦的量子力學90年會議；2017年7月，在清華大學舉辦的第九屆全球華人物理學大會）分別做了海報展示。通過與國內外一些研究者的交流，調查了對這類近似等式是否認可的情況（多數都是當面的即時判斷，也許他們仔細考慮后會改變看法）。與十多位國外研究者的交流中，有多數人認可（包括1999年諾貝爾物理獎得主Gerard’t Hooft，C. Monroe，Choo Hiap Oh，Da-Hsuan Feng, Tongcang Li等），少數人反對（Lar Brink瑞典退休教授，前諾貝爾物理頒獎委員會負責人，Dave Weiss 等）或不確定（2004年諾貝爾物理得主David Gross等）。有過交流的國內研究者中多數人不確定，其次是認可，少數是反對。

我注意到朗道的測量觀念與主流的狄拉克的測量觀念有所不同，對此有自己的觀點。對不確定關系也有不同的解釋。

以上介紹及以下文章中，難免有漏洞和錯誤，期望閱讀者們指教和質疑。

論文情況

【1】曾天海，統計詮釋和微觀單個事件守恒律及態疊加原理的討論，現代物理, （2017）, 7(1): 8-16。（http://www.hanspub.org/journal/mp）

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

【3】曾天海，一類近似等式與單個粒子疊加態的概念性的討論，大學物理, （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，手征和運動介質界面異常光自旋霍爾效應, 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。