发表时间:2022-01-21 作者:
我校科学技术史研究所彭鹏副教授、高策教授的论文《实验室中发现“宇宙”》被《新华文摘》2022年第1期全文转载,并入选封面要目。这是继《超冷原子简史》(彭鹏、高策)后,两位教师的论文再次被《新华文摘》全文转载并入选封面要目。《实验室中发现宇宙》和《超冷原子简史》为高策教授主持的国家社会科学基金重大项目及彭鹏副教授主持的国家自然科学基金青年科学基金项目的系列重要研究成果。
《实验室中发现“宇宙”》一文详细阐述了在桌面级的量子模拟实验中,超冷原子实验系统在探索未知宇宙奥秘中发挥的神奇作用。传统探寻宇宙的方式只能靠天文观察和理论计算,但想要更为深入而全面的了解宇宙奥秘,仅靠观察记录和理论计算是远远不够的。随着科学技术的不断进步,目前人类已经可以在实验室中开展对宇宙的研究,而且逐渐发展出三种方案:大型对撞机方案、量子计算机的数字模拟方案以及类比量子模拟方案。大型对撞机方案需要庞大的人力和物力,而量子计算机的数字模拟方案尚处于理论探索和实验检验的探索阶段,距离实践仍有较远距离。类比量子模拟相较于前两种方案,是人类现有技术条件下最易实现的一种实验方案。其核心要义就是要求模拟系统和被模拟系统具有极其相似的数学结构,用容易实现且高度可控的量子系统模拟另一个难以直接研究的复杂量子系统。这样的过程不是数字计算过程,而更像是测量过程,在费曼看来,测量本身就是一种计算。得益于材料科学、工程技术、单量子系统的隔离、操控以及测量等方面取得的巨大进步,人类已经可以利用超冷原子等高度可控的实验系统中实现类比量子模拟实验,并且这样的实验已经广泛地应用于材料科学、量子化学、高能物理、天体物理等领域,利用“量子模拟器”来探索未知宇宙正在成为现实。
人类对于客观宇宙的认识可以简单地分为哲学家通过思辨所构建的宇宙以及科学家通过理论计算、实践检验所认知的宇宙。这样我们所说的宇宙,实际上可以分为三种:客观宇宙、科学家的宇宙、哲学家的宇宙。客观宇宙不以人类意志和认知的变化而变化;科学家的宇宙和哲学家的宇宙则会随着科技和认知水平的发展不断改变,是一个动态变化的过程。虽然科学家和哲学家分别按照自己的方式去理解宇宙,但是二者的根本出发点都是要揭示宇宙的本来面目,并且二者并不冲突。科学家的宇宙为哲学家的宇宙和客观宇宙之间架设了一座桥梁,哲学家不断的通过最新的科学研究成果来修正和完善自身体系,从而不断的趋近客观宇宙。然而,就目前人类的科学技术而言,我们的研究手段和方法限制了进一步探索客观宇宙的道路。量子模拟则为我们提供了探究宇宙奥秘的新方法、新思路,不仅极大地拓展了人类科学研究的边界,而且还将推动新的科学研究范式的变革。随着科学技术水平的不断提高,人类终将逼近宇宙终极奥秘。
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