量子力学与其他物理分支的发展非常不同。一般来说是先有物理定律,然后数学抽象,不断完善成理论。量子力学则是数学先行,我估计科学史上很难找到这样的例子了(通信?)。起源的确是因为几个物理无法解释的现象,于是有人提出了一些理论只是去凑合着解释这些现象,根据这些理论发展了一整套完美的数学体系,然后由这个数学体系预言大量的物理现象,結果竟然能真的与物理事实如此相符……天意啊。
因此对于理论方面的发展与未来,我认为量子力学本身,作为一个很数学的体系,已经像经典力学那样成熟了,已经成为工具。量子力学有很多不能解决的事,但都不是量子力学本身有理论缺陷需要完善,而是怎样使用量子力学的问题,或是怎样将量子力学与其他物理分支统一起来的问题。与量子力学有关的前沿研究领域那就太多了……粒子物理,激光,冷原子,天体,纳米,介观物理,半导体,材料科学……现代物理我好像想不出哪里没用量子力学。
我觉得值得一提的有两个方向:
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将量子力学与广义相对论统一起来的尝试,比如弦理论,大统一理论,量子引力这些方向。这个方向在数学上的发展非常精彩,但是我觉得物理上不太靠谱(无法实验),而且基本上没什么直接应用。
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量子信息与量子计算,是量子力学与信息学、计算机科学的交叉,终极目标是发展出量子计算机和实现量子通信。同样理论发展非常迅猛,技术上已经实现却有很大的瓶颈,但是我觉得很有希望发生重大突破。