渔樵耕读

superposition还没说清楚，先说说Entanglement吧。胆儿肥嘛。

在量子力学领域，存在Entanglement的两个粒子是相互关联的，所以把它翻译成”纠缠”恰如其分。比如占据同一个轨道上的两个电子必定是自旋相反的，这叫泡利不相容原理。正因为这种”纠缠”的存在，人们可以通过测量其中一个粒子的状态而得知另一个粒子的状态。”纠缠”在量子计算机领域是很重要的，试想如果粒子一会儿是0一会儿是1，那不就乱套啦。甚至正是因为有了”纠缠”这个概念，不少人可以毫不犹豫地研究起心电感应(telepathy)，心灵输运(teleportation)来。

那宏观世界有没有”纠缠”啦？

同样地，科学家们也一直在努力设计高明的实验，叫土人们用肉眼也能看到”纠缠”。今年早些时候，芝加哥大学的玫瑰花教授(Thomas Rosenbaum)等在NATURE上发表论文[1]，说他们第一次用实验观测到了宏观材料中的”纠缠”。这是一种含lithium, holmium, yttrium 和fluorine的盐，具有磁性，样品做成单晶。其中的holmium原子就象一个个小磁铁，在没有外磁场时，这些小磁铁杂乱无章地排布；施加磁场后，它们就会争取顺着外磁场方向有规则地排列，当然不可能立马齐刷刷地排成方队，这种磁化系数是可以测量的。

有意思的是，他们发现，在不同温度下这种材料的磁化系数的变化，和其吸热能力有着很大的不同。具体地说就是，随着样品的冷却，磁化率平滑地增大；而吸热率随温度的变化却很不规则。他们说这种现象跟一般材料的表现有很大的区别，并且只能用量子力学的”纠缠”来解释，因为体系中不同的磁性状态间存在着”纠缠”，而”纠缠”效应对磁化率的影响远远强于对吸热率的影响。

他们进而用计算来模拟了这种不完美晶体的磁化率，发现，如果把”纠缠”考虑进去，计算结果跟实验非常吻合。一篇NATURE诞生了，不公平嘛，这个实验做起来比”镜子猫”似乎容易很多，那个才发PRL。

[1]Entangled quantum state of magnetic dipoles, S. GHOSH, T. F. ROSENBAUM, G. AEPPLI & S. N. COPPERSMITH, Nature, issue 6953, volume 425, p48-51. 4 September 2003
link: http://www.nature.com/cgi-taf/DynaPage.taf?file=/nature/journal/v425/n6953/abs/nature01888_fs.html
叶绿素 于 October 12, 2003 05:20:22

不是Feynman, 不是Drexler, 也不是Smalley，是一个日本人：Norio Taniguchi。

人类进入了新世纪，纳米科技成为全球性的沸点。前两年国内的纳米热没有亲历，但常听到纳米布，纳米钙，纳米皮带，纳米鞋垫，倒也还是蛮热闹的，虽然网上常有人(比如那个神童)对此大笑不止。不过如果俺的昔日同窗或同事因纳米发了财也还是会眼红一下子的。於是过年的时候乘回国省亲的机会跑到一个大学同学那里去找说法，这一人之下万人之上的老总说：纳米嘛，几乎是过街老鼠的待遇了，你想发财？天真啊。可不是吗，不久前还有人找他做纳米，张嘴就是600万的项目，他理都没理就给打了回去。俺陪着笑说：这也是情有可原嘛，只怪那个找错了人，找到一个识货的，可也不见得那不是赛翁失马哟？

这不，外国人也开始了纳米热。各种商业会议，新闻媒体，铺天盖地充斥着nano。甚至真真假假的科学人倾巢出动，大谈nano。财富杂志那个叫Wolf的早一年开始建他的纳米portfolio，现在真是红红火火呀，比NASDAQ的涨幅多了不知多少倍。对比几年前那个dotcom热，唉，人啊，好了伤疤忘了疼。产品方面，那个叫Polo还是什么的推出了纳米内裤，Loreal的纳米防晒霜老早就有得卖了。吹牛的，不甘示弱的，比如MIT与军方合作设计纳米防弹衣，DuPont的特夫浓也是纳米科技哟。前两天韩国开了个纳米产品展销会，LG牌纳米泡菜电冰箱很HOT呢。香港一家公司号称与中科院有挂钩的，已经承包了大剧院工程所有纳米玻璃的供货。好玩~~。

什么叫marketing? 懂行的朋友跟俺说，那就是能骗到谁是谁，能骗到多少是多少，直到骗不下去为止。天啦，多么黑暗啊。据可靠消息，两年前国内纳米公司有300多家，现在有800多家了。

美国有一点比较好，人民群众都喜欢看书，图书馆，internet普及，是个识字的都可以找到点东西来读，真理不怕辩论。不过呢，”Curiosity kills the cat”。这句名言俺有亲身体会，某年某月某日俺曾好奇地询问哈君，你是不是卡四比啊？哈君给了俺这么个回答。当时俺对此甚困惑。现在呢？不了，提都不敢提了，因为一提就要挨打。(向毛主席保证，最后一次，别动手，12345678910，哈)。NOW，俺找到了另一只这样的猫，同病不相连。他就是大名鼎鼎的Drexler。

所谓的科学主流界人们讲到纳米时，都会提到NB奖得主Feynman。在中土人们开始大练钢铁，进入有史以来第一个真正的共产主人社会的时候，飞蛮说：我们不玩大的，玩不过人家，人家有四万万人口。我们来玩小的，你们看，Picture it —plenty of room at the bottom.

善良的美国人民齐刷刷地低下了头，不一会儿仰慕的眼神又齐刷刷地射向了飞蛮：YEAH，HOW？飞蛮说：blahblahblah，我也不清楚。这样吧，我设两个奖，谁最先造出第一个尺寸小于六十四分之一英寸的电动机，奖1000刀；谁把大英百科全书写在一个图钉的盖上，奖1000刀。SEE？飞老蛮也太穷了吧，1000刀谁愿意干。(附带说一声，要拿这美元奖的年轻人别费劲想了，这俩奖已经于60年和85年分别有了主。)

70年代在MIT校园里出了个奇才，一个学太空旅游的本科生，看人家Watson玩DNA得了诺贝尔奖，四周美女云拥，天天做梦咱用DNA造计算机得了，将来即便得不了奖，咱还可以争取拿到科学院和工程院俩院士，不怕找不到对象。。。慢着，这也没什么意思，咱造个计算机有什么劲，大自然到处充斥着由DNA繁衍的物种。飞头号召我们往BOTTOM看，BinGo! 看着自己胖乎乎的手指头，刚吃完汉堡舔得干干净净的但还有点粘乎乎的胖指头，他心里乐开了花：咱捏一个原子过来，再捏一个原子过来，小朋友，排排坐，牵起手来造个窝。咱想造个小Babie Girl就造个小Babie Girl，想造个小梦露就造个小梦露。Literally，Anything!

那年月人人想当太空人，科学是纯粹的，是自由的。这位奇才果真一帆风顺，拿了夸学科的PhD，出了书，开了公司，在大学当了老师。民众读着他的Engines of Creation，尽情地在科幻小说般的憧憬中享受着近乎现实的陶醉：nanotech蓝图，几近完美。得意啊。

得儿，新禧年过后，这个好奇的小猫被一个名人很响亮地煽了一耳光，他就是Smalley，碳60教父。辛勤的汗水洗尽墨黑的铅华，被压抑着的光芒，终於忍不住不可阻挡地张扬，Smalley在主流科学的顶尖刊物Science上发表了檄文：小子哎，路漫漫其修远兮，molecular manufacturing? 张开你的fat fingers, sticky fingers，做梦去吧。

回到先前的问题：是谁发明了nanotechnology这个词？的的确确，它是Tokyo Univ of Science 的那什么姑持第一次使用的。但名词这玩意儿重要吗？不重要。那么到底加了纳米涂层的防水防油布，抹了纳米银粉的鞋垫儿，放了纳米沸石吸味包的泡菜电冰箱是不是nanotechnology？Drexler说不是的，恐怕Smalley也会说NO。

现在的情形是，Drexler攻击主流科学界的nanotech不是他先前想象的那种，Smalley攻击说小猫在做梦。confused, really really confused.

去图书馆好好地读书吧，希望每个人都找得到自己的答案。这里俺很愿意告诉你俺发现了什么，在德州有一家叫Zyvex的公司，有个叫Freitas的人，在nanomedicine领域干得很欢。他，是信仰Drexler的。

叶绿素 2003.9

几个月前[1]，雪焰讲了个歪瓜劣枣俩罪犯招与不招的故事，说：都不招各关一年；一个招另一个不招，招了的关0.5年，不招的关10年；俩都招，俩都得关7年。麻烦就在警察局不带打商量的。作者进而解释道，如果在量子世界，把招与不招作为俩量子态，哥俩均处于招和不招的迭加态(superposition)。然而在命运的最后关头，总得有个说法。Wonderful! 因为量子世界纠缠(entangement)的存在，这哥俩竟然能够心电感应，最终实现“双赢”—-都不招。

双赢是许多纠纷追求的目标，在达到这个目标之前，大有施展才华和诡计的空间，当然最理想的是不要陷入两难处境。今天，在下学着现学现卖，也来讲一个量子物理世界的两难问题，这就是不死不活，或者又死又活的“薛定鄂的猫”。

首先，“薛定鄂的猫”要表达的概念是，按照量子原理，在宏观世界也应该存在状态的迭加。薛定鄂假设[2]，把一只猫关在一个封闭的铁笼子里，笼子里装了一个封口的毒气瓶，一个有放射性的原子，一个可以检测辐射出来的阿拉发粒子的探测器，和一个跟这探测器连在一起的锤子。见示意图[3]。

满复杂的啊，一环扣一环，游艺馆里没少见到这种连锁反应的整套装备。这套装备的玄妙机关从哪儿开始哪？就是那有放射性的原子，它可能发生衰变放出一个阿拉发粒子，也可能不发生衰变。如果发生了衰变，被探测器捕捉到，那锤子就落下来把瓶子砸碎，毒气释放出来，猫就会咯屁。如果不发生衰变，瓶子就会好好地，猫就会从此幸福地活着。

就这么着把小猫关一个小时，最后小猫到底是死的，是活的，还是不死不活，还是又死又活哪？薛蛮说不打开盒子之间不知道。因为按照量子力学，这个原子应该处于一种衰变和不衰变的迭加状态。50%的可能它是衰变的，50%的可能它是不衰变的。因此，这只小猫也将处于死与活的迭加状态。

这个命题都堪称哲学谬论了。而且这只小猫好像太乖了点，不知道谁养过猫，小猫能那么老实嘛？她不扑上去用爪子把那瓶子打碎，造成无过失的自杀，才怪哪。和和。这是臆想，宏观世界不可以这样形而上学地跟微观世界关联啦。我们老百姓基本上能够接受量子学家们这样的说法：微观粒子(原子，分子，电子等)具有本征态现象，这些粒子能够以某种概率同时出现在不同的本征态。到底是不是这样反正我们也不知道，你们说了算。方女要说啦，你们没看到，你们就这么肯定？如果这么想，那就没得可说的了。

但是在宏观范围里，科学家也说了，由於decoherence现象盖过了量子效应，我们就必定看到物体处在一个特定状态。所以两地分居的夫妻，皓月当空，只有千里共婵娟，双眼泪涟涟。(当然，不要拿多种人格5的来当例子，那是另外一回事。)

功夫不负有心人，上个月，PRL上就有那么几个“牲口”发表文章，又提出一个可以研究宏观迭加的实验[4]。服不服吧？不过主角还远没小猫那么大，而是一面象血细胞那么大的小镜子，大概100Trillion个原子那个量级(还没一摩尔)。(唐团：oh my God, be careful, don’t break the mirror, seven years’ bad luck!)。

这面小镜子贴在一个小弹簧上面。一个特别的光子，处於迭加态的光子，在小镜子和另外一面大很多的镜子之间弹来弹去。这有点象电影里面啊甘在打乒乓球。把弹簧小镜子想象成啊甘举着的那乒乓球拍，对面的大镜子想象成一个不会失误而且非常会喂球的高级陪练好啦。啊甘的胳膊随着乒乓球在拍子上的碰撞，一会儿往右偏，一会儿往左偏。

科学家们期待的结果是：当具有迭加状态的光子击打在小弹簧镜面上时，弹簧会有相应的震动而改变镜子的位置，於是光子的迭加状态转变成镜子位置的迭加。整个体系将在这两种迭加之间飘来飘去。光子的迭加状态可以用测量它的干涉来确认；当干涉消失，就可以推测是轮到镜子处於迭加状态了。

这套实验将有许多苛刻的要求，比如镜子的振动会产生热量，要把这种干扰减到最少，必须在超低温下进行。AND，唐团is absolutely right, 系统必须有很高的真空度，要不然闲杂人员(气体分子)会把mirror给break了。

俺可是没有勇气再读下去。薛蛮呀薛蛮，你这猫可真不是随随便便养得起的呀。

参考文献：
[1]雪焰，2003，牛人与罪犯问题，虹桥科教论坛。
link: http://www.rainbowplan.org/lib/archive/030506001.txt
[2]E.Schroedinger, 1935, Die gegenwaertige Situation in der Quantenmechanik, Naturwissenshaften, 23, 807-12, 823-8, 844-9.
link: http://www.emr.hibu.no/lars/eng/cat/Default.htm
[3]link: http://www.lassp.cornell.edu/ardlouis/dissipative/cat.gif
[4]W.Marshall, C.Simon, R.Penrose, D.Bouwmeester, 2003, Towards Quantum Superpositions of a Mirror, Phys. Rev. Lett. 91(13), 130401-1~130401-4
link: http://ojps.aip.org/getpdf/servlet/GetPDFServlet?filetype=pdf&id=PRLTAO000091000013130401000001&idtype=cvips

叶绿素 2003.9