迈克尔·贝里:几何相位是个啥?老司机一听就懂

2021-03-23 11:18
上海

原创 羽华 世界顶尖科学家论坛 收录于话题#莫比乌斯论坛10个

当顶尖科学家谈论科学时,他们在谈些什么?

每人三分钟,一张PPT,顶尖科学家们必须挑出自己对“科学”最关切的一个点,自由地表达和交流——这就是世界顶尖科学家莫比乌斯论坛(WLMF),世界顶尖科学家论坛(WLF)最有特色、最具吸引力的环节。开放的讨论未必会有明确的结论,却打开了更多科学的可能。

1998年沃尔夫物理学奖得主迈克尔·贝里(Michael Berry),因其在基础量子力学中引入几何相位而闻名。这一相位的发现是量子力学的基础性重大突破,被命名为贝里相位。

Michael Berry 图 | the bridge

量子力学、几何相位,听起来就有一种高深莫测的感觉。贝里本人却用一种通俗易懂的方式,解释了“应用于物理波时,几何相位蕴含了什么”的问题。

他说:“想象一下,你正试着将车停在两辆车之间的小地方。你觉得自己做得不够好,离路边还有一段距离。为了再靠近一点,你会做一系列蛇形操作,驾驶并转向、驾驶并转向……在每一次循环操作之后,你就离路边更近一点。这些细微的侧向移动,(和贝里相位)有同样的数学原理:有些东西改变了又变回来了;其他东西改变了,但变不回来了,即车的位置。在物理的波中,它以一种更微妙、更困难的方式呈现出来,尤其是在量子波或光波上。”

WLF与贝里独家连线视频 图 | WLF独家

以一种形象化的方式,解释艰深晦涩的学术问题,与贝里的学术背景和思维模式息息相关。他是一位数学家,最早研究的是代数。同部门有研究几何的同事,贝里向同事学习制作图像,以可视化的方式思考,发现这很有帮助。

“我仍然做计算,我也喜欢做,但我总是将结果做成某种形式的图片。彩虹、海市蜃楼、海面上阳光的闪耀……我对解释这些光学现象都做过贡献。这些现象是自古以来就有的,但从几何的角度思考,可以看到新的东西,这就是我喜欢做的事。”贝里总结说。

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