[论文解读] The Macroscopic Quantum Effect in Nonlinear Oscillating Systems: a Possible Bridge between Classical and Quantum Physics

Danil Doubochinski, Jonathan Tennenbaum|ArXiv.org|Nov 30, 2007

Mechanical and Optical Resonators参考文献 6被引用 3

一句话总结

本文提出，由相位依赖的、论证性相互作用驱动的非线性振荡系统中的宏观量子效应（MQE），可通过用新的物理相互作用框架取代牛顿力学中的力的概念，从而统一经典物理与量子物理。其关键贡献在于识别出耦合非线性系统中的振幅量子化，或可作为宏观现象与量子现象之间的潜在桥梁。

ABSTRACT

Einstein, De Broglie and others hoped that the schism between classical and quantum physics might one day be overcome by a theory taking into account the essential nonlinearity of elementary physical processes. However, neither their attempts, nor subsequent ones were able to supply a unifying principle that could serve as a starting-point for a coherent understanding of both microphysical and macroscopic phenomena. In the late 1960s the phenomenon of amplitude quantization, or Macroscopic Quantum Effect (MQE), was discovered in a class of nonlinear oscillating systems in which two or more subsystems are coupled to each other by interactions having a specific phase-dependent character -- so-called argumental interactions. Experimental and theoretical studies of the MQE, carried out up to the present time, suggest the possibility of a new conceptual framework for physics, which would provide a bridge between classical and quantum physics, replacing the Newtonian notion of "force" by a new conception of physical interaction. The present paper presents a brief introduction to the MQE and some ideas about its possible significance in the search for new approaches to the understanding of quantum phenomena.

研究动机与目标

• 探索通过表现出宏观量子效应的非线性振荡系统，统一经典与量子物理的可能性。
• 研究耦合系统中相位依赖（论证性）相互作用如何导致振幅量子化。
• 提出MQE可作为一种概念框架，取代经典力学中力的概念，建立新的物理相互作用模型。
• 为通过宏观非线性动力学理解量子现象提供理论基础。
• 通过将量子行为重新解释为源自非线性宏观系统中的涌现现象，激发量子基础研究的新方法。

提出的方法

• 分析通过相位依赖（论证性）相互作用耦合的两个或更多子系统的非线性振荡系统。
• 应用在约瑟夫森结和非线性摆等系统中观察到的振幅量子化理论模型。
• 使用论证性相互作用的概念，描述与经典力模型根本不同的能量交换机制。
• 在宏观系统中观测到的MQE与量子现象（如波函数坍缩和离散能级）之间建立类比。
• 构建一个概念框架，其中物理相互作用由相位相干性而非力场来定义。
• 回顾非线性系统中的实验与理论证据，以支持MQE的存在及其重要性。

实验结果

研究问题

• RQ1 非线性振荡系统中的宏观量子效应能否为经典与量子物理提供统一框架？
• RQ2 耦合非线性系统中相位依赖（论证性）相互作用如何导致振幅量子化？
• RQ3 非线性在宏观系统中产生类量子行为方面起什么作用？
• RQ4 力的概念在何种方式下可被基于相位相干性的新相互作用模型所取代？
• RQ5 MQE如何挑战或扩展对传统量子现象的解释？

主要发现

• 在具有论证性相互作用的非线性振荡系统中，已观测到振幅量子化——即宏观量子效应（MQE）。
• MQE源于子系统之间特定的相位依赖耦合，导致宏观系统中出现离散能级。
• MQE的实验与理论研究表明，存在一个能够涵盖宏观与量子现象的协调物理框架。
• 该现象挑战了经典牛顿力学的力模型，表明应以基于相位相干性的新概念来理解物理相互作用。
• MQE为通过非线性动力学与非牛顿相互作用机制统一经典与量子物理提供了潜在路径。
• 结果支持量子行为可能自然地从宏观非线性系统中涌现，而无需依赖量子力学的基本公设。