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雅基尔·阿哈罗诺夫(Yakir Aharonov)教授和迈克尔·V·贝里(Michael V. Berry)教授在拓扑和几何相位方面的研究,在已往三十年中激发和推动了物理学中各个领域的大量理论和实验研究。这些领域包括光学、核物理、流体物理、化学、分子物理、弦理论、引力物理、宇宙学、固体物理、量子力学的基础以及最近的量子计算发展实验。他们研究影响的多样性在一些特殊清晰的例子中得到了体现,例如在光学和电子系统中对相干性和波函数纠缠现象的理解;在正常和超导系统中量子霍尔效应、磁通量量子化和持久电流,以及量子系统的混沌演化。 雅基尔·阿哈罗诺夫与已故的大卫·玻姆(David Bohm)于1959年提出的基本效应,考虑的是一个带电粒子(例如电子)在量子力学上通过包含磁通量的管子的两侧。电子可以被限制在一个磁通管中的磁场从未穿透的地区。然而,在这个无磁场的地区中存在一个矢量势,它会在通过磁通管“左侧”或“右侧”的电子波函数部分中产生不同的相位。干涉图样取决于磁通量。基于量子力学的非局域性,阿哈罗诺夫-玻姆效应的存在因此需要对经典观念举行令人不安的修正,而对此仍存在广泛讨论。 1984年,贝里指出量子和经典力学的绝热定理是不完备的,因为它忽略了量子系统也可以获得“几何相位”的可能性,这种相位仅取决于参数空间的几何形状和绝热穿越的回路。作为阿哈罗诺夫-玻姆效应的推广,贝里相位现已成为当代量子物理学的重要组成部分。它在凝聚态物理学中被广泛应用,例如在理解磁通量量子化、电子束全息术以及铁电体中的自发极化方面。更远的是,“贝里相位”的引入已在科学的各个领域(包括场论、弦理论、引力物理、力学和物理化学)中统一了几何和拓扑的概念。 只管几何和拓扑相位效应在直观上依然难以理解且抽象,但它们已成为开辟实际应用(如微米级电子器件和超导量子干涉器件(SQUID))的基本要素。
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