苹果下落和天体运行在常人看来是完全无关的两件事情，但几百年前的牛顿偏偏从这两件不搭界的现象中找出了它们共有的规律。我在上篇博文中提到的德波罗意和爱因斯坦也是因为认识到光子和其他普通粒子中所具有的本质共性，分别预言了普通粒子的波动性和玻色爱因斯坦凝聚。他们二位在没有现成的关于普通粒子直接观测现象的情况下，能够作出如此富于想象力的推断，真的太了不起了。当然前面的牛顿更了不起，因为当时不管是苹果下落还是天体运行都不知道怎么回事，牛顿完全是从无到有给出了统一的解释。而从已经熟知的现象中总结共性规律，则要简单容易得多。我们可以先列出同一类中所有现象已知的性质，找出它们共同存在的性质，那么这些共性大概就是这类现象中本质的特征性质了。

 

现在已经有很多形形色色的量子干涉现象(文中图片摘自网络），如：

 

（1）光子的杨氏干涉；

 

 

（2）光子的Mach-Zehnder干涉；

 

（3）真空中自由电子的AB效应；

 

（4）介观环中电子的AB效应；

（5）电子的静电AB效应；

（6）有磁矩粒子的AC效应；

 

（7）超导量子干涉；

 

（8）动量纠缠的EPR双光子干涉；

 （9）不纠缠的Hong-Ou-Mandel双光子干涉（参见我的拙文《奇妙的量子效应之一：孪生子结伴而行》；

 

（10）不同效应之间的量子干涉，如：单光子吸收和三光子吸收之间的干涉；

 

（11）各种真实自旋和假想“自旋”在“自旋”取向(θ,φ)的二维“空间”中“运动”所导致的Berry相移引起的干涉。

量子干涉现象实在太多，这样列举也肯定是挂一漏万，但受我自己的知识所限，也只能如此了。

 

在杨氏干涉中，我们知道要有双缝，要有屏幕，光子要来自同一光源，光子走不同路径的光程差要小于光子的相干长度。在满足这些要求的前提下，我们可以在屏幕上观察到明暗相间的干涉花样（或称干涉条纹）。杨氏干涉是这样，那么其他干涉是不是也这样呢？

 

在我贴出拙文《奇妙的量子效应之一：孪生子结伴而行》后，沈阳金属所的张志东研究员就敏锐地感觉到，这种非常奇妙的双光子干涉是不是也应该有它的干涉花样。他在第十个跟贴中问了一句“这种干涉有花样吗？”。这确实是一个优秀科学家应该考虑的问题。他的问题很有启发性，也促使我进一步思考。经过仔细思考后，我对这个问题作了如下答复：

 

正象志东考虑的那样，不同体系中的干涉现象一定是存在共性的。水波干涉有花样，杨氏双缝也有干涉条纹。那这个干涉现象里对应的是什么呢。我的理解是这样的：杨氏干涉是连续的图案，而这个干涉是分立的“图案”。杨氏干涉在屏幕上显示随一维坐标x连续变化的空间强弱调制，而这个干涉也是有强弱调制的，只不过它相应的“x坐标”只是c态、d态、ab态等三个“点”而已。

 

另外杨氏干涉中，可以通过改变两个狭缝出口处子波的相对相位，可以使得屏幕上的干涉条纹明变暗，暗变明。在这个双光子干涉中也可以找到其对应的东西，只是这完全是思想实验了。我们知道玻色子有交换对称性，就是波色子之间两两交换，总的波函数不变，即交换后没有相位变化；费米子交换后，总的波函数变负，即交换后相位变π；任意子（有的话）交换后，总的波函数改变0－2π之间的一个相位。如果我们用一个可以随意改变交换相位的任意子做这样的实验，我们将看到通过连续改变交换相位，可以连续地改变“干涉条纹”的“明暗”。

 

对于所有量子干涉现象，实际上我们都应该问：“干涉条纹”是什么？“双缝”是什么？什么是明条纹？什么是暗条纹？什么是“屏幕上的位置”？什么是“相干长度”？我觉得是挺有意思的问题，大家不妨思考一下。

 

研究量子干涉，最理想的对象就是光子，因为光子之间在真空中是没有相互作用的，实验比较简单，解释也比较容易。用电子做研究对象，情况就复杂得多，电子之间总是存在着电磁相互作用。这些粒子之间的相互作用都是破坏粒子的相干性能的，就是说不利于干涉图样的形成。但是，幸运的是，从所有已有的干涉实验中我们可以发现，如果仅仅只有粒子之间的相互作用的影响，干涉图样的干涉周期，明暗交替规律都是不改变的，它只使得干涉条纹的调制程度降低，即明暗对比度下降。所以只要观察到显著的干涉条纹，就可以认为相互作用不重要或可重整化。

 

介观环中电子的AB效应就是一个很好的实例，电子在环中运动，肯定是受到其他电子的作用，并且受到各种散射，但是只有温度足够低（相干长度超过环的尺寸）就可以观察到AB效应，并且其在磁场中的干涉周期就是正好为h/e，相强相销位置也跟没相互作用情况下的单电子AB效应完全一样（在误差范围内）。这一点清楚的说明，只要我们观察到干涉，就不用过多计较相互作用的大小。

超导问题是多体问题，但光说它是多体问题解决不了问题，关键是要如何简化，如何给出清晰的物理图象。超导量子干涉实验发现，干涉图样跟没有相互作用的电荷为2e的粒子所形成的干涉条纹一模一样，说明在超导干涉实验中，我们完全可以把Cooper对当称单粒子来处理而没有问题。实际上，现在流行的理论在一定程度上也是把Cooper对当称单粒子来处理的。只是他们处理得有问题而已。

综上所述，无论参与干涉的是单电子、Cooper对，还是更多电子组成的粒子团，有一点是肯定的，通过测量干涉图样的相强相销位置，只能得到这些参与干涉的个体和环境相互作用的信息，不能得到它们个体内部相互作用或者它们之间相互作用的信息。个体之间的相互作用唯一的贡献就是破坏干涉，使得干涉条纹不清晰，它无法改变干涉条纹的明暗位置和间距。个体内部的相互作用对干涉来说完全是个黑箱，它不仅不能改变干涉条纹的明暗位置，而且也不改变干涉条纹的对比度。这就象经典力学中一个复杂系统，无论其内部如何相互作用、相互运动，只要它不跟外界作用，那么它的质心的运动状态是不会改变的。无论一个人有多大力气，他是不可能把自己提起来的。

另外，超导量子干涉和介观环中电子的AB效应都是由环中的磁通引起。两者的主要差别就在于前者是电荷为2e的粒子的干涉，后者是就是电荷为e的粒子的干涉。这两者本质上都可以看成是带电粒子的AB效应。理解介观环中电子的AB效应肯定对理解超导量子干涉有好处。

科学研究就是要透过现象看本质，需要我们抓着具有简单、共性规律的主要矛盾，而把琐碎、具体的问题先放在一边。毛主席有过“纲举目张”的语录，其实是有一定道理的。

 

附：我们论证高温超导波函数理论存在逻辑悖论和违背量子力学基本原理的文章http://cn.arxiv.org/abs/cond-mat/0210285