五分钟量子力学（十），量子史话量子力学的未来发展

　　小编跟各位小伙伴用了九篇小文很粗糙地介绍了量子力学里面的一些概念和研究方法。鉴于小编水平也就到这里了，所以小编决定停止这个系列的文章。在结束之前，我们为之前的共同探讨做一个总结并对量子力学的发展做一些展望。
　　量子力学的基本假定
　　1、微观体系的状态由一个波函数完全描述，从这个波函数我们可以得出体系的所有性质。波函数应该满足连续性、有限性和单值性这三个条件。
　　2、在量子力学中，力学量用厄米算符表示。量子力学的算符跟经典力学中的相应力学量相对应。
　　3、测量假设：若算符F 为量子力学中的一个力学量，其正交归一化本征函数为 ，对应的本征值为 ，则任一量子态（波函数）可表示为
　　量子测量还导致了一个量子系统特有性质的出现，即量子纠缠，它是指由两个或两个Ｗ上的子系统组成的量子系统所表现出的一种非定域性质。这里不多做解释了。
　　4、体系的状态波函数满足薛定谔方程
　　5、在全同粒子所组成的体系中，连个全同粒子相互调换不改变系统的状态（全同性原理）
　　另外，在非相对论量子力学中，电子自旋也是作为假定引进的。但是在相对论量子力学中，自旋作为一个基本物理量跟其它性质一样包含在波动方程中，不需要单独假定。
　　量子力学原理和方法的发展
　　小编之前介绍的都是早期（20世纪60年代之前）量子力学的基础知识，由于小编的水平有限，真正学过的也就是这些。考虑到各位小伙伴可能意犹未尽，结合小编这些年东拼西凑的了解给大家介绍一下量子力学这些年的发展情况。
　　狄拉克方程
　　咱们之前在讨论电子自旋的时候提到过狄拉克方程。这个理论的问题是只能处理一个电子在外场中的运动，而不能处理多电子体系的问题。在宇宙射线和高能粒子的实验中发现，在相对论情况下（E≥mc²），当粒子能量的改变与粒子的静止能量可以相比时，粒子就转化为别种粒子，例如电子、正电子（电子对）能够转化为光子，光子也能转化为电子对等等。
　　因此，在高能的情况下，不可能象在非相对论情况中那样来区分粒子和场，所有的基本粒子（光子、电子、分子、核子等）必须用统一的方式去处理，这样才能把粒子之间的相互转化反应到理论当中去。为了满足这个要求，在量子力学的基础上，又进一步发展了量子场论。
　　在量子场论中，每一种基本粒子都可以用一个场的波函数来描写，波函数保持洛伦兹协变性，通过量子化后变为能描写粒子产生和湮灭的算符。根据实验总结出来的粒子的对称性质，可以用这些量子场的波函数构成体系的哈密顿函数，作为讨论问题的出发点。
　　量子场论也并不是没有问题的，它不能解决粒子的强相互作用。关于这方面的理论发展，小编一无所知，所以也就不能给大家介绍了。
　　曹原 本文图片均来自《自然》杂志
　　我觉得特别值得一提的是，我们前文介绍的非相对论性量子力学中多体问题的研究。因为这涉及到了我们当前的一个热门领域：超导物理。我们中国的最年轻的科学家曹原 在《自然》连发两文阐述石墨烯超导领域重大发现。1996年出生的曹原 （上图）今年不过23岁，却已在麻省理工学院（下文以MIT代称）攻读了4年的PhD学位（学术研究型博士学位）。大家有时间关注一下，这个中国的天才青年。
　　我是郭哥 论道，一个致力于科普相对论、量子力学、计算机、数学，让深奥的科学理论通俗易懂起来、让科学更有趣的科普搬运工。耐心看完的小伙伴，留个言、点个赞加个关注再走呗。