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从卡西米尔效应到多维量子霍尔效应
2019-01-10
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    2019年1月8日,国家2018年度科技奖揭晓,薛其坤院士带领由中科院物理研究所和清华大学物理系组成的实验团队,因成功在实验上发现量子反?;舳в?,获得2018年度国家自然科学一等奖。中国人从崔琦、张首晟、薛其坤、修发贤到曹原等科学家,从一维、二维向三维量子霍尔效应、量子反?;舳в?、量子超导立体效应等取得的科研成果,用量子卡西米尔效应原理来统一解释,更容易理解。

    什么量子反?;舳в?,从普通人的切身体验说起,手机或电脑用上一段时间就会发热,用不到一天就得充电,越用越卡……这个问题的本质在于电子运动会消耗能量。这不仅是制造算力要求高的电子器件的限制,也是科学界长期关注的难题。要让电子运动绝对无能耗,就必须将其杂乱无章的运动变成“高速公路”一样的有序运动。对电子运动制定规则的“量子霍尔效应”,成为解决这个问题的希望。但由于实现“量子霍尔效应”需要庞大的外加磁场,成本高昂,因此无磁场的“量子反?;舳вΑ背晌蒲Ъ业拿蜗?。研究量子反?;舳вκ强蒲Х⒄怪凶匀坏难≡?,也是学术发展的趋势。

    这就要基于在拓扑物态领域积累的经验,寻找“量子反?;舳вΑ钡恼魍?。在理论上,实现“量子反?;舳вΑ彼璨牧系奶跫浅?量?。所以近几年“火”起来的拓扑绝缘体能提供了思路——2009年有科学家从理论上预言了,碲化铋(Bi2Te3)能够实现“量子反霍尔效应”。随后从理论上提出Cr或Fe磁性离子掺杂的碲化铋等拓扑绝缘体薄膜,是实现量子反?;舳вΦ淖罴烟逑?,预言在磁性掺杂的拓扑绝缘体材料中可真正观察到“量子反?;舳вΑ??;谏鲜鲈ぱ?,对量子反?;舳вΦ氖笛榭肌按罄颂陨场钡墓ス?,主要开展了分子束外延生长及高质量薄膜制备的实验,制造生长测量了超过1000个样品,随后一步一步对拓扑绝缘体的电子结构、长程铁磁序以及能带拓扑结构的精密调控,利用分子束外延方法生长出了高质量的Cr掺杂碲化铋拓扑绝缘体磁性薄膜,并在极低温输运测量装置上成功地观测到了“量子反?;舳вΑ?。其中完成的对这一实验现象的极低温电输运测量,获得了量子反?;舳вΦ墓丶笛橹ぞ?。

    上述的该实验室,2006年成立,掌握着国际领先的极低温输运测量技术。其创始人崔琦就曾因发现分数量子霍尔效应,获得了1998年的诺贝尔物理奖——以崔琦先生名字命名的实验室,能够参与到量子反?;舳вΦ氖笛榉⑾终庖还ぷ髦欣?,是拓扑量子物态研究方面中国人的智慧传承——对不同温度下反应结果的观测,这看起来是一个小目标,但每提高或降低一度都可能意味着重大的新发现。如果无论升高或降低温度都无法解决问题,可能就需要重新分析并开展其他实验。对科学保持着的这种持久的热忱与动力,目前已将量子反?;舳вΦ墓鄄馕露却?0mk提升到1K,实现了30倍的增长。量子反?;舳в梢杂糜诜⒄剐乱淮湍芎木骞芎偷缱友骷?,克服芯片发热和能量损耗问题,加速信息技术革命进程,但距离产业化应用还有很长的一段路要走。

    量子反?;舳в?,它“神奇”又“美妙”。因为它的发现可能带来下一次信息技术革命。采用这种技术设计集成电路和元器件,千亿次的超级计算机有望做成平板电脑那么大,智能手机的内存可能会提高上千倍!那么什么是量子霍尔效应?它是电子运动的“交通规则”——在普通导体中,电子的运动轨迹杂乱无章,不断发生碰撞。当在导体两端加上电极之后,电子就会形成横向漂移的稳定电流。而电流在传输中会存在能量损耗的现象。如果在垂直于电流方向加上外磁场,材料里的电子由于磁场的作用力,会在导体一边形成积累电荷,最终会达到平衡形成稳定的霍尔电压。当外场足够强,温度足够低时,导体中间的电子会在原地打转,会在边界上形成不易被外界干扰的半圆形导电通道,即量子霍尔效应。量子霍尔效应可以让电子在各自的跑道上“一往无前”地运动,降低能量损耗。

    量子霍尔效应在凝聚态物理的研究中,占据着极其重要的地位,它就像一个富矿,一代又一代科学家为之着迷和献身,整数量子霍尔效应、分数量子霍尔效应、半整数量子霍尔效应相继获得诺贝尔奖。但是在量子霍尔效应家族,最神秘成员是“量子反?;舳вΑ薄恍枰饧哟懦〉牧孔踊舳в?,迟迟没有被人发现。长时间使用计算机时,会遇到计算机发热、能量损耗、速度变慢等问题,这是因为常态下芯片中的电子运动没有特定的轨道,它们相互碰撞从而发生能量损耗。量子霍尔效应的发现,为我们突破摩尔定律和集成电路的发展提供了一个全新的原理。这是物理学基本研究为未来工业界发展提供的崭新道路。但它的产生需要非常强的磁场,相当于外加10个计算机大的磁铁,这样体积庞大且价格昂贵,显然不适合个人电脑和便携式计算机。而量子反?;舳вΦ拿烂钪?,是不需要任何外加磁场,即可实现电子的有序运动,更容易应用到人们日常所需的电子器件中。2010年左右,包括中国华人物理学家张首晟教授在内的科学家,在理论上预言了一种叫做拓扑绝缘体的新的材料。

    拓扑绝缘体就是内部绝缘、表面导电的拓扑材料,这些表面导电通道不受表面形貌、非磁杂质等的影响,所以是很好的一维导体。如果在其中掺入磁性原子形成长程铁磁序,这样无需外加磁场,就能形成稳定的基本没有耗散的量子反?;舳в?。如何用实验来证明上述理论呢?用实验验证量子反?;舳вΦ墓丶侵票赋鲆恢窒袷┠茄?,一层一层平整的纳米材料。量子反?;舳вΧ圆牧闲灾实囊蠓浅?量?,如同要求一个人同时具有短跑运动员速度、篮球运动员高度和体操运动员灵巧:材料能带结构必须具有拓扑特性从而具有导电的一维边缘态;材料必须具有长程铁磁序从而存在反?;舳в?;材料体内必须为绝缘态从而只有一维边缘态参与导电。

    在实际材料中实现以上任何一点都具有相当大的难度,而要同时满足这三点对实验物理学家来讲更是巨大挑战,正因为此,美国、德国、日本等科学家未取得最后成功。自2009年起,中国科学院院士薛其坤带领由中科院物理研究所和清华大学物理系组成的实验团队向量子反?;舳вΦ氖笛槭迪址⑵鸪寤?。历经四年努力生长和测量了1000多个样品,利用分子束外延的方法生长出了高质量的Cr掺杂(Bi,Sb)2Te3拓扑绝缘体磁性薄膜,将其制备成输运器件,并在极低温环境下对其磁电阻和反?;舳в辛司懿饬?。终于发现在一定的外加栅极电压范围内,此材料在零磁场中的反?;舳缱璐锏搅肆孔踊舳вΦ奶卣髦?,世界难题得以攻克。

    量子反?;舳в稍谖蠢唇饩瞿Χ傻钠烤蔽侍?,若应用到电子器件中,有望克服目前计算机发热耗能等带来的一系列问题,为半导体工业带来又一次的革命,甚至使巨型银河计算机变得像iPad般便携。它的发现或将带来下一次信息技术革命,我国科学家为国家争夺了这场信息革命中的战略制高点。在凝聚态物理领域,量子霍尔效应研究是一个非常重要的研究方向。量子反?;舳вΣ煌诹孔踊舳в?,它不依赖与强磁场而由材料本身的自发磁化产生。在零磁场中就可以实现量子霍尔效应,更容易应用到人们日常所需的电子器件中。量子反?;舳в?,是一个基于全新物理原理的科学效应。

    通过实验在真实材料中发现量子反?;舳в?,自1988年开始就不断有理论物理学家提出各种方案,然而之前在实验上没有取得任何重要进展。因为反?;舳вΦ牧孔踊枰牧系男灾释甭闳罘浅?量痰奶跫阂皇遣牧系哪艽峁贡匦刖哂型仄颂匦源佣哂械嫉绲囊晃咴堤?,即一维导电通道;二是材料必须具有长程铁磁序从而存在反?;舳в?;三是材料的体内必须为绝缘态从而对导电没有任何贡献,只有一维边缘态参与导电。在实际的材料中实现以上任何一点都具有相当大的难度,而要同时满足这三点对实验物理学家来讲更是一个巨大的挑战。这要结合分子束外延生长、极低温强磁场扫描隧道显微镜、角分辨光电子能谱技术,在表面、界面、低维物理学领域做出了国际一流的工作。要抓住拓扑绝缘体这个新领域兴起的契机,就要在国际上率先建立了拓扑绝缘体薄膜的生长动力学机制,利用分子束外延生长出国际最高质量的样品?!傲孔臃闯;舳вΑ闭庀钪卮蠓⑾植唤鍪强蒲系闹匾黄?,研究成果应用方面也具有意义深远的影响,它将会推动新一代的低能耗晶体管和电子学器件的发展,可能加速推进信息技术革命的进程。

    中国科学家率先发现的量子反?;舳в?,经受住了历史的考验,成果论文发表后,实验结果已先后得到东京大学、麻省理工学院、斯坦福大学、普林斯顿大学等科学界同行的反复严格验证。但量子霍尔效应研究:从二维迈向三维“你说这么薄算二维吗?”以一张A4纸比较,这个厚度最起码已经到几十微米了,但真正的二维是几个原子层厚,仅有几纳米,是纸张厚度的万分之一。量子霍尔效应是20世纪以来凝聚态物理领域最重要的科学发现之一,迄今已有4个诺贝尔奖与其直接相关。但100多年来,科学家们对量子霍尔效应的研究仍停留于二维体系,从未涉足三维领域。

    复旦大学修发贤教授的课题组,在拓扑半金属砷化镉纳米片中,观测到了由外尔轨道形成的新型三维量子霍尔效应的直接证据,迈出了从二维到三维的关键一步。相关研究成果2018年12月18日在线发表于国际著名的《自然》。然而三维量子霍尔效应真的存在吗?早在130多年前,美国物理学家霍尔就发现,对通电的导体加上垂直于电流方向的磁场,电子的运动轨迹将发生偏转,在导体的纵向方向产生电压,这个电磁现象就是“霍尔效应”。

    如果将电子限制在二维平面内,在强大的磁场作用下,电子的运动可以在导体边缘做一维运动,变得“讲规则”“守秩序”。但以往的实验证明,量子霍尔效应只会在二维或者准二维体系中发生?!氨热缢嫡饧湮葑?,除了上表面、下表面,中间还存在一个空间?!痹凇疤旎ò濉被蛘摺暗孛妗鄙?,电子可以沿着“边界线”有条不紊地做着规则运动,一列朝前,一列向后,像是两列在各自轨道上疾驰的列车。那么,在立体空间三维体系中存在量子霍尔效应吗?如果有,电子的运动机制是什么?2014年在拓扑半金属领域,选择材料体系非常好的砷化镉“试着研究”,从大块的体材料,到大片的薄膜,再到纳米类结构和纳米单晶,在砷化镉纳米片中看到的现象非常震惊——三维体系里边出现量子霍尔效应——2016年10月修发贤及其团队,第一次用高质量的三维砷化镉纳米片观测到量子霍尔效应。随后,在样品制备过程中借鉴修发贤团队前期已发表的经验,日本和美国也有科学家在同样的体系中观测到了这一效应。但遗憾的是,基于当时的实验结果,实际的电子运动机制并不明确。

    一种可能的方式是从上表面到下表面的体态穿越,电子做了垂直运动;另一种可能是电子在上下两个表面,即在两个二维体系中,分别独立形成了量子霍尔效应。但是,面对千分之一根头发丝粗细的实验材料和快如闪电的电子运动速度,这实验该怎么做?把“房子”放歪——这个发现来源于外尔轨道的运动机制——实验材料虽小,从日常生活联系想办法,利用楔形样品,实现可控的厚度变化——屋顶被倾斜了,房子内部上下表面的距离就会发生变化,就类似一个“横倒的梯形”。通过测量量子霍尔平台出现的磁场,可以用公式推算出量子霍尔台阶。实验发现,电子在其中的运动轨道能量,直接受到样品厚度的影响。这说明随着样品厚度的变化,电子的运动时间也在变。

    所以,电子在做与样品厚度相关的纵向运动,其隧穿行为被证明,电子在上表面走四分之一圈,穿越到下表面,完成另外一个四分之一圈后,再穿越回上表面,形成半个闭环,这个隧穿行为是无耗散的,所以可以保证电子在整个回旋运动中仍然是量子化的。整个轨道就是三维的“外尔轨道”,是砷化镉纳米结构中量子霍尔效应的来源,至此三维量子霍尔效应的奥秘终于被揭开了。但这个成果的诞生,在砷化镉的研究方面才刚刚开始——第一次提出新的机制,得到认可,但还有可以深挖的,还有更具体的东西得继续做细做好——三维量子霍尔效应由复旦大学物理学系修发贤课题组,在拓扑半金属砷化镉纳米片中首次观测到,由三维“外尔轨道”形成的新型三维量子霍尔效应的直接证据,迈出了从量子霍尔效应从二维到三维的关键一步。

    三维量子霍尔效应发现的意义,从基于三维拓扑半金属材料Cd3As2,发现一种新型的量子霍尔效应,提出了三维量子霍尔效应的来源于三维“外尔轨道”的观点。利用楔形Cd3As2纳米片,发现样品厚度对量子霍尔输运产生极大的调制。朗道能级与磁场强度以及方向,以及样品厚度的依赖关系,与理论预测符合。在应用方面这个材料体系具有非常高的迁移率,电子的传输和响应很快,可以在红外探测、电子自旋方面做一些原型器件。其次是在凝聚态物理领域重要的科学进展——-在超导现象之海,就有几朵浪花。

    第一朵浪花,是金属低温超导现象引出了BCS理论,知道了两个自旋相反的电子,可以通过“微信”传情,结成对子,名曰库伯对。这个微信平台,是由金属正离子晶格骨架构成的。两个“男女有别”的电子,通过撞击骨架发出的乒乒乓乓声来互诉衷肠和互送能量,从而失去了独自自由地去远方的诗情。

    第二朵浪花,是铜氧化物高温超导现象引出了高速公路理论,知道了高速公路的运力和最佳车辆密度有关。铜离子的 5个 d 轨道本来是可以半充满的,但是被周围的氧离子挤压得不圆不球之后,只剩下3个能级比较低的可以入住电子的 d 轨道,另外2个 d 轨道的能级太高,电子进不去。结果这些低能级轨道全住满了电子,就像高速公路上划定的非优惠车道上全住满了车子一样,堵塞得大家都动弹不得,结果成了反铁磁的莫特绝缘体。

    如果继续注入电子,它们就没法再去低能级处占位了,也只好往高能级的那些空轨道上去了,就像高速公路上的双人车优惠车道上进入了少数车辆一样,结果运力又上去了。曹原的超导研究工作,就是用石墨烯代替氧化铜,让两层石墨烯沿着法向轴相对旋转一度以形成轴向绝缘体,用电场注入载流子代替掺杂配方注入载流子,结果再次证明了高速公路的运力与最佳车辆密度有关。

    第三朵浪花,是超导材料受到高压压缩作用下超导相变温度会有提高的效应。由此可以大胆地猜测,地磁场是由地核中的超导电流提供的,地核中的液态铁受到的超级压缩作用,能使得超导相变温度提高到上千度。

    这三朵浪花不是孤立无关,超导这种联系的共同基础是,超导相变发生在费米电子的振荡频率小于晶格振子的振荡频率之时,如果把高频率的振子比作墙壁,低频率的振子比作乒乓球,那么超导相变也就是发生在费米电子由墙壁转变成了乒乓球的时候。一个乒乓球在两块木板之间可以借助反复弹跳运动,一路走到很远的地方,这就是超导态。但是一块木板要一路撞开乒乓球才能一路走下去,能量必定会被耗散掉,这就是非超导态。对于液态的地核物质铁来说,它受到的压缩作用是如此的巨大,所以它的晶格振子的频率就天然的够高的了,只需要降低一下费米电子的振荡频率就成了。

    为了承受地壳的巨大向心压力,铁原子核之间的前线电子轨道将由吸引势变成排斥势,继续压缩,仅凭反键轨道结构来提供斥力已经远远不够了。这些电子中必须有一小部分被挤压出去,直接由铁原子核的同性电荷相斥作用来反抗地心压力。根据等离激子的振荡频率与自由电子浓度的平方根成正比的关系,地核液态铁的电子外逸正好降低了费米电子的振荡频率,所以地核液态铁是处于超导态的。固体金属的超导态相变就没那么容易了。固体材料的晶格格点之间的结合力越强,该材料的晶格格点本征振荡频率就越大。

    但室温下任何材料的晶格格点都存在无序热运动,这种无序热运动的动能,在量子力学里是把它处理成排斥势。同时把对结合力有贡献的作用处理成吸引势,然后两者加在一起作为一个势能项来解薛定谔方程的。要想提高固体材料的晶格格点本征振荡频率,就须降低格点的无序热运动。随着温度的降低,大量的有自旋值的电子通过晶格交换声子,而凝聚成没有自旋值的库伯电子对,剩下的少量的有自旋值的电子,就有了较低的等离激子振荡频率,可以实现由木板角色向乒乓球角色的转化??梢猿枷啾涞耐趸镏械淖杂傻缱?,浓度可能在降温过程中变化不大,但铜氧化物晶格的结合力,可能在降温过程中有突跃式的提高,从而实现两者相对波硬度的反转。材料的弹性模量越大,自旋独立的电子浓度的允许值就越大,超导态下的饱和电流强度就越大,实用意义就越大。那么金属材料铜氧化物材料,和石墨烯材料在低温条件下,哪种材料的弹性模量大呢?

    2018年《科技日报》12月19日记者张梦然报道,英国《自然》杂志发布2018年度遴选出的十位对科学界产生重大影响的科学人物,其中四川成都出生的年仅22岁的中国物理学家曹原,协助发现了让石墨烯实现超导的方法,开创了物理学一个全新的研究领域,有望最终帮助提高能源利用效率与传输效率。从曹原及其团队的发现,到与复旦大学修发贤教授课题组发现的比较,在用量子色动化学使用的量子卡西米尔效应原理来统一解释上,和薛其坤院士团队的发现,也是本质一致的。曹原将两层石墨烯叠加在一起,当转角接近魔角即1.1°、同时温度环境达到1.7K(-271℃)时,它们会表现出非常规超导电性,其属性与铜氧化物的高温超导性类似双层石墨烯系统中旋转的效应。其实要想理解什么是超导电性。1911年荷兰物理学家昂内斯等人发现当汞被冷却至接近0K(-273℃)时,电子可以通行无“阻”,而将这个““零电阻状态”称为“超导电性”。

    超导体的出现,使传输过程中的能量损耗几乎为零。目前绝大多数超导体仅在接近0K(-273℃)温度下工作,维持低温使超导体的应用成本显著提升。如果材料能在室温下实现超导,就能避开昂贵的冷却费,彻底改变能量传输、医疗扫描仪和运输等相关领域的现状。但要找到室温超导合适的材料却不简单。目前材料达到超导状态的最高温度约为133K(-140℃),这种材料就是在20世纪80年代发现的铜氧化物。30多年来铜氧化物一直是物理学家关注的焦点,但铜氧化物的结构往往难以调整,很难通过实验发现其实现超导的机制。

    曹原及其团队的贡献就是,在描述双层石墨烯的电子密度与温度关系时,发现了与铜氧化物超导体相似的结果。其次因仅用纯碳基的石墨烯来实现超导相,也是人们期待的——因为石墨烯有各种奇特的性质,比如高电导率、透光率、机械强度、稳定性等等,都已不同程度地得到了应用,唯独超导性质迟迟未能实现。下面要说量子色动化学使用的量子卡西米尔效应原理的类似公开的“基因组学”——卡西米尔效应,是指在真空中两片平行的平坦金属板之间的吸引压力。这种压力是由平板之间空间中的虚粒子的数目比正常数目减小造成的。它的特别之处是,“卡西米尔力”通常情况下只会导致物体间的“相互吸引”,而并非“相互排斥”。真空是空荡荡的,但根据量子电动力学,实际上真空中到处充满着称作“0点能”的电磁能。

    “0点能”中的“0”,指的是如果把宇宙温度降至绝对零度(宇宙可能的最低能态),部分能量就可能保留下来。实际上这种能量是相当多的——麦克莱的计算,大小相当于一个质子的真空区所含的能量,可能与整个宇宙中所有物质所含的能量一样多。平行板电容器在辐射场真空态中存在吸引力的现象称为卡西米尔效应??悸且桓龇涞牡绱懦?,根据波粒二象性,辐射场可以看作是光子气,而光子气可看作是电磁辐射场的简谐振动。电磁场量子化后,可把辐射场哈密顿写成二次量子化的形式??ㄎ髅锥υ谀擅紫低持械牧硪桓鲋匾τ?,是与原子-表面相互作用联系在一起的。

    在氢原子或分子和碳纳米结构之间作用的卡西米尔力,在吸收现象中起决定性作用。碳纳米管是一个包含几层同心六边形的石墨柱壳的纳米系统,由于单壁碳纳米管对氢贮存的潜在应用,原子和碳纳米结构之间的卡西米尔力的研究变得非常紧迫。计算表明,氢原子和分子处于多壁碳纳米管内部比外部更优先??ㄎ髅锥в褪窃谡婵罩辛狡叫械钠教菇鹗舭逯涞奈沽?,延伸为量子卡西米尔现象,由于研究“三旋/弦/圈理论”这三个层次,属于是庞加莱猜的层展和呈展,在计算、应用、理解上的一种方便。它包含了既有环量子三旋理论,又有超弦/M理论,还有圈量子引力理论等所曾主要表达的数学和物理内容。由于三旋/弦/圈(SXQ)理论难以实验检验,研究卡西米尔现象发现,环量子类似一个方板,球量子类似一个方块,从三维来说,方板有一维是对称破缺的。但正是这种破缺,使环量子和球量子的自旋如果存在辐射,那么在卡西米尔效应上是可以实验检验。

    这种类比模型不仅能扩展引力场方程及量子力学方程求解的思路,丰富正、负时空联络的几何图象,而且联系卡西米尔效应中两块板之间零点能的量子涨落差异,还可能揭示宇宙物质的起源以及强力、弱力和电磁力等相互作用的秘密。因为如果把引力联结的两个星体比作卡西米尔效应中的两块板,再把引力场弯曲产生的凹陷图象分别粘贴在两块板相对的一面,引力就类似蛀洞的一个洞口与另一个蛀洞的洞口相对这片区域的卡西米尔效应量子涨落产生的拉力强度。

    原因是,虽然这种拉力强度远小于星体物质自身的能量密度,但它们已表现出这片区域内的时空弯曲,相对要大于平板外侧的时空弯曲,并是这种弯曲产生的拉力。因为按海森伯不确性原理,所谓真空实际上充满着许多瞬时冒出又瞬时消逝的基本粒子,这些基本粒子中的一部分将通过时空弯曲的凹面进行传播,结果这里的时空弯曲变成一种引力的耦合辐射。这里负能量与反物质的区别是,反物质拥有正的能量,例如当电子和它的反粒子正电子碰撞时,它们就湮灭,其最终产物是携带正能量的伽玛射线。如果反物质是由负能量构成的,那么这样一种相互作用将会产生其值为零的最终能量。但不管是哪种情况,最终这里的引力场时空弯曲辐射差异产生了拉力强度。由此时空弯曲不仅造成类似纤维丛的底流形与纤维的差别,而且也是产生引力和强力、弱力及电磁力等相互作用区别的根本因素。因此求解引力,主要还是应该从爱因斯坦广义相对论的引力方程入手。

    量子色动化学使用的量子卡西米尔效应原理的类似“暴露组学”——卡西米尔效应平板之间空间中的虚粒子的数目,比正常数目减小造成的“卡西米尔力”导致物体间的“相互吸引”而非“相互排斥”的真空,“0点能”中的“0”,量子色动化学看重的是“数论”中,所指的普世计算的正、负数对,相加或减类似“量子起伏”等于“0”的“0”;但这里的“正、负数对”的“数”,不限于仅是“自然数”,或实数、虚数、复数——从而把物质的“真空”对应“量子起伏”,也分成两大类真空——包含实数“正、负数对”的“数”的“量子起伏”,大于虚数或复数“正、负数对”的“数”的“量子起伏”,称为量子局域性的“量子起伏真空”;而可以等效于量子霍尔效应“电子起伏真空”。反之,包含实数“正、负数对”的“数”的“量子起伏”少,而虚数或复数“正、负数对”的“数”的“量子起伏”大的,称为量子非局域性的“量子起伏真空”;而可以等效于变为量子反?;舳вΑ傲孔悠鸱婵铡?。

    由此,一般的磁场效应,类似“电子起伏真空”。它看不到“磁粒子”,而类似量子“波动”效应,且也是“量子非局域性”的。在华为搞科研的姜放教授,2018年公开出版《统一物理学(第2版)》一书中,他推证的空间基本单元“量子”,比标准模型基本粒子夸克、电子、中微子、引力子和胶子等小得多,是素数1595819的个数的聚合。例如,姜放认为构成一个电子的空间基本单元数目,是638327600。即至少是6亿3832万多个,且紧密接触的。

    由此可见,金属低温超导现象引出了BCS理论,两个自旋相反的电子结成对子,名曰的库伯对,实际类似一幅量子卡西米尔效应平板对。三维量子霍尔效应发现的复旦大学物理学系修发贤课题组,在拓扑半金属砷化镉纳米片中观测到的由三维“外尔轨道”形成的新型三维量子霍尔效应的直接证据——类似一个“横倒的梯形”,实际类似多幅量子卡西米尔效应平板对现象的,类似微积分计算光滑曲线的积分无限分割曲线为一个个间断的直线片段办法,使修发贤教授才迈向出量子霍尔效应从二维到三维的关键一步的。再看曹原将两层石墨烯叠加在一起,当转角接近魔角即1.1°的超导现象,其本质的量子卡西米尔效应平板对原理,并没有实质性的变化。

    再说薛其坤院士向量子反?;舳вΦ氖迪殖寤?,高质量的Cr掺杂(Bi,Sb)2Te3拓扑绝缘体磁性薄膜,在极低温环境下对其磁电阻和反?;舳в?,在一定的外加栅极电压范围内,此材料在零磁场中的反?;舳缱璐锏搅肆孔踊舳вΦ奶卣髦?,其量子色动化学使用的量子卡西米尔效应原理的类似“暴露组学”解释,这里的“零磁场”并不等于没有称为量子非局域性的“量子起伏真空”问题。

    在我国精英物理学家中,具有普遍性的是对量子卡西米尔效应的平板对之间的空间中的虚粒子的数目,比平板对外面的正常数目减小造成的量子局域性的“电子起伏真空”或量子非局域性的“量子起伏真空”,缺乏真正的马克思列宁主义唯物论认知。原因是我国自然科学教育,受“以苏解马”哲学打着“否定科学实在论(唯物论)”(北大物理系王国文教授语)旗号——篡改马克思、恩格斯、列宁等革命导师对物质存在类似虚数性质承认的影响,没有看到爱因斯坦对19世纪末前后已开始出现的无产阶级革命潮流的畏惧,把相对论数学公式和计算中明白含有带虚数超光速的问题,在他的文字表达中公开声明舍掉——在当时,这虽然是一种两全其美的办法,其实也困扰他终生和后追谁“以苏解马”哲学的学者,也需“扶贫”。

    因为苏珊·鲍尔的《极简科学史》书中第一部分第5章“真空”,开篇说德谟克利特提出的原子论:“神灵也仅仅是由原子和‘真空’构成的”。其次,伊壁鸠鲁也像德谟克利特一样,解释我们周遭的物质实体,“并非是由神灵的介入而创造出来的,而是因为原子在真空中不停地旋转,不时意外跳跃,它向旁边随意一跃,撞上另一个原子,然而结合在一起,形成了新的实体”的。古希腊先哲德谟克利特和伊壁鸠鲁的“原子论”,类似今天科学主流说的“量子论”,是不可分割的。众所周知,马克思大学毕业写的研究论文,就是关于伊壁鸠鲁的研究。信奉“神灵”,称为“唯心主义”。

    如果唯心主义说的是具体对象,年青的马克思也赞成像伊壁鸠鲁坚持德谟克利特的“神灵也仅仅是由原子和‘真空’构成的”量子论包括类似0、自然数、实数、虚数存在的数论量子论,去彻底解释??杉砜怂贾饕迦蚧某跣摹饣箍梢源佣鞲袼沟摹斗炊帕致邸分?,恩格斯承认虚数是真实存在的,推知和马克思的一致。再到19世纪末,列宁支持玻尔兹曼提出的类似乌托子球原子论——这类似的量子论且是统计热力学的量子论——也可见马列主义的初心。

    “量子的非局域性”的薛其坤院士的量子反?;舳вΨ⑾?,包含“量子纠缠”?!耙运战饴怼闭苎У牧孔臃蔷钟蛐杂氚蛩固沟木钟蚴翟诼凼敲艿?,反而量子的非局域性能获得薛其坤院士的证实——这是如今不篡改马列主义的必然结果,就像苏联解体是马列主义胜利的必然一样。

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我叫王德奎,研究员,四川省绵阳日报编辑。2005年退休。曾公开出版著作7部:《三旋理论初探》(四川科学技术出版社2002年)、《解读<时间简史>》(天津古籍出版社2003年)、《求衡论---庞加莱猜想应用》(四川科学技术出版社2007年)、《嫘祖研究》(成都科技大学出版社1993年)、《中国气功思维学》(延边大学出版社1990年)、《嫘祖故里大揭秘》(伊犁人民出版社1998年)、《信息范型与观控相对界》研究专集(与刘月生等合著,河池学院学报2008年增刊第一期出版)。公开发表论文《前夸克类圈体模型能改变前夸克粒子模型的手征性和对称破缺》(华东工学院学报)、《从卡——丘空间到轨形拓扑》(凉山大学学报)、《物质族基本粒子质量谱计算公式》(大自然探索)、《模拟DNA双螺旋结构的机械孤立波》(延边大学学报)等百余篇。我住家地址是:四川省绵阳市青年路11号龙汇花园8-705号,电话:18981105919(手机),2263509(家)。
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