阿哈罗诺夫－玻姆效应

阿哈罗诺夫－玻姆效应，有时也称为 Ehrenberg–Siday–阿哈罗诺夫－马克效应，是一种带电粒子受到电磁势 (φ, A) 影响的量子力学现象 ，尽管被限制在磁场 B 和电场 E 均为零的区域。 潜在的机制是电磁势与带电粒子波函数的复相位的耦合，阿哈罗诺夫－马克效应相应地通过干涉实验得到了说明。

最常描述的情况，有时称为阿哈罗诺夫－玻姆螺线管效应，发生在带电粒子绕过长螺线管的波函数由于封闭磁场而经历相移时，尽管磁场在其中可以忽略不计，粒子通过的区域和粒子的波函数在螺线管内可以忽略不计。这种相移已通过实验观察到。

在束缚能和散射截面上也有磁性阿哈罗诺夫－萨姆效应，但这些情况还没有经过实验测试。还预测了一种电阿哈罗诺夫－玻姆现象，其中带电粒子受到电位不同但电场为零的区域的影响，但这尚未得到实验证实。

提出了一个单独的分子阿哈罗诺夫－玻姆效应用于多重连接区域的核运动，但这被认为是一种不同的几何相，因为它既不是非局部的也不是拓扑的，仅取决于沿核路径。

维尔纳·埃伦伯格 ( Werner Ehrenberg 1901–1975) 和雷蒙德·埃尔德雷德·西迪 ( Raymond E. Siday ) 于 1949 年首次预测了该效应。亚基尔·阿哈罗诺夫 ( Yakir Aharonov ) 和戴维·玻姆 ( David Bohm ) 于 1959 年发表了他们的分析。

在 1959 年的论文发表后，玻姆得知了埃伦伯格和西迪的工作，这在玻姆和阿哈罗诺夫随后于 1961 年发表的论文中得到承认和赞誉。 这个效果是实验证实的，误差非常大，当时玻姆还活着。 当误差降到一个可观的值时，玻姆已经死了。

在 18 和 19 世纪，物理学以牛顿动力学为主，强调力。电磁现象是通过一系列实验阐明的，这些实验涉及测量电荷、电流和各种配置的磁铁之间的力。

最终，出现了一种描述，根据这种描述，电荷、电流和磁铁作为传播力场的局部来源，然后通过洛伦兹力定律局部作用于其他电荷和电流。

在这个框架中，因为观察到的电场特性之一是它是无旋的，而观察到的磁场特性之一是它是无散度的，所以可以将静电场表示为标量的梯度势（例如库仑的静电势，在数学上类似于经典引力势）和作为矢量势旋度的静止磁场（然后是一个新概念——标量势的想法已经被类比很好地接受了 具有重力势能）。

势能的语言可以无缝地推广到完全动态的情况，但是，由于所有物理效应都可以根据作为势能的导数的场来描述，势能（与场不同）并不是由物理效应唯 一确定的：势能只被定义为到任意加性恒定静电势和无旋静止磁矢量势。

阿哈罗诺夫－马克效应在概念上很重要，因为它涉及三个明显的问题，这些问题在将（麦克斯韦的）经典电磁理论重铸为规范理论时很明显，而在量子力学出现之前，这可以被认为是 没有物理后果的数学重新表述。阿哈罗诺夫－玻姆效应思想实验及其实验实现表明这些问题不仅仅是哲学问题。

这三个问题是：

• 势是物理的还是只是计算力场的便利工具；
• 行动原则是否基本；
• 局部原则。

由于这些原因，阿哈罗诺夫－马克效应被《新科学家》杂志评选为量子世界七大奇迹之一。

人们普遍认为，阿哈罗诺夫－姆效应说明了量子力学中电磁势 Φ 和 A 的物理性。传统上可以争辩说只有电磁场是物理场，而电磁势是纯粹的数学构造，由于规范自由度，对于给定的电磁场甚至不是唯 一的。