百强榜单缔造者，学者代表作：成瘾康复理论，科学专家，优质创作者
【RbY转发说明：对于非化学专业的同学来说量子物理基础知识点总结，由于本文概念较多，转发时重要概念已突出显示并涂黑。 ]
量子化学是现代数学的重要基础理论，广泛应用于许多学科和现代技术中。 量子化学的基石是量子热，它相当复杂，许多人对其众多概念及其联系感到不舒服。 这张量子化学图可以让您全面了解量子热。
首先看一下这张图的大概结构：左下部分是关于量子热的基础，然后向下是关于量子现象到量子技术，中间部分是关于量子理论，上半部分和右半部分是关于量子理论的。部分与量子学科和领域相关。
让我们从量子热的起源开始。 从18世纪到19世纪末，人们发现现有的经典数学理论很难解释一些重要的现象。 通过对这个问题的认知，量子热学于20世纪初建立。 这种现象主要有：
二氧化碳吸收并发射特定频率的光，称为原子光谱。 这是一个谜，没有已知的经典物理解释。
人们想知道原子是如何稳定的。 在经典数学中，电子不断辐射能量并塌陷到原子核中。
对于放射性现象也缺乏合理的解释。
低温的身体感觉会发出不同频率的电磁辐射，称为松体辐射。 从 Arial 观察到的光分布与经典化学的预测不符。
当光照射到单个金属时，会导致电子逃逸。 这就是所谓的光电效应，经典理论无法解释。
现在看看量子热的基础知识。 量子热学的基石实验是双缝实验，其中电子通过两个缝发射，在前探测器上产生干涉图案，这种干涉图案只能在波中看到。 这是量子波粒二象性的基本实验证据之一。
事实上，在量子热物理学中，所有粒子都通过一种称为波函数的物理工具描述为波。 著名的薛定谔多项式描述了这些波如何随时间变化。 我们从来无法直接看到波，因为我们测量到的只是粒子。
有了这个波函数，就可以预测粒子可能出现的位置，并且你必须对它们进行一些物理计算。 根据伯尔尼法则，这会产生粒子可能存在的概率分布。
这给我们带来了海森堡的不确定性原理，该原理指出，只要粒子具有确定的位置并且我们没有关于其动量的准确信息，量子物体的个体特征（例如位置和动量）就没有确定的值。
另一个重要的多项式是狄拉克多项式，它扩展了薛定谔多项式以包含相对论并描述高能粒子。
贝尔定律是另一个重要的基本概念，它证明了量子热的不确定性并不是由于对隐变量的认识不足造成的，而是宇宙的基本组成部分造成的，这也导致了非定域性的概念。
之后是能量的量子化，即像电子这样的物体只能具有一定的能量，这就是量子热学中量子名称的由来。 量子化是由于它们的波函数只能以特定的方式振动，这也意味着量子总是具有最小的能量，称为零点能量。 这不仅适用于原子中的电子，甚至也适用于太空的真空。
现在，我们继续看看量子系统所具有的量子现象的特征。 量子热中的粒子具有其中提到的许多特征。 例如位置和动量以及许多其他特征。
载体是一个非常重要的属性。 所有粒子都分为两类：玻璃骰子，具有整数载流子，并且都可以具有相同的量子态；费米子，具有一半的整数载流子，但不能具有相同的量子态。
叠加是当粒子有可能处于许多不同状态时的一种性质，例如同时处于两个不同的位置。 这意味着它的波函数在两个不同位置有值。 虽然在检测到它的时候，它只会在一个位置出现一次。
薛定谔的猫，是对叠加态的通俗描述。 这只猫最初展示量子热的努力似乎很愚蠢，因为猫不可能同时既活着又死了。 但这并不是因为叠加不真实。 像猫这样的宏观物体由于退相干而失去了量子行为。 量子物体与其环境相互作用，量子行为消失并发生退相干，将我们从量子领域带到我们生活的环境。
纠缠是指两个或多个粒子的波函数相互作用并混合，使粒子成为单个量子物体，这意味着不同粒子的性质虽然相距遥远，但彼此相关。 这些描述粒子的波函数距离粒子很远。 传播的概念称为非定域性。
还有其他有趣的现象只发生在量子系统中。 比如量子隧道，粒子具有穿过狭窄障碍物的能力，这是由于它们的波函数； 超导电子在高温下移动且内阻为零的能力； 超流体优越的流动性，使流体以零粘度流动； 还有量子霍尔效应，即二维材料中电导的量子化； 卡西米尔效应，即由于两块板之间的大量子波切割而在特别短距离处产生的吸引力。
在研究从一种集体行为到另一种集体行为的转变时，相变系统的量子行为是一个重要概念。 这些类似于二氧化碳的固体、液体和不同相之间的转变。 而在量子相变中，除了体温和压力发挥重要作用外，还可能存在外部磁场。
现在我们来看看量子技术的应用。 我们每天使用的许多技术都利用了量子的惊人特性。
激光器使用一种称为受激发射的过程来产生具有相同频率和相位的许多光子束。
原子钟利用铯原子中非常特定的超精细跃迁产生的光频率来保持极其精确的时间，这是我们全球定位系统的基础。
固体能带理论描述了许多不同固体材料中电子的基态，它是半导体工业的基础，形成了许多不同的技术，例如晶体管，世界上每台计算机的构建模块。
电子显微镜、扫描隧道显微镜和原子力显微镜使我们能够看到光学显微镜看不到的东西，因为它们可以看到比可见光更小的波长，以区分病毒或原子等物体。
磁共振成像用于生物学和物理学领域，例如观察我们的身体。 利用巨型超导磁极制造大磁场，如世界上最灵敏的磁传感超导量子干涉仪，其核心部件是超导线环，其中包含一个称为约瑟夫森结的绝缘间隙。
量子信息是一种正在盛行并不断进步的新技术
量子密码学利用量子纠缠进行通信。 这些通信非常安全，构成了量子互联网的基础。
量子位是量子计算机的构建模块，利用量子叠加和纠缠来创建在经典计算机上几乎难以模拟的状态。 挑战在于设计大量的量子位。 这样的量子位可以保持足够长的相干性来执行它们的评估。 这并不容易，但潜力巨大。 因为它们的组合堆叠意味着它们可以同时探索指数级计算能力。 这使得它们的复杂程度与我们每天使用的传统计算机不同。
量子计算机有许多令人兴奋的应用。 由于其计算能力，量子模拟具有广阔的前景。 它将在发现具有全新特性的新材料或解决物理和生物学中计算量巨大的任务（例如蛋白质折叠）方面发挥巨大作用。
看看当今量子化学的相关主题领域（从左到右）：
量子生物学研究量子热力学在生物系统中的作用，涉及能量传输、光合作用的效率以及许多生物学过程。 如果没有量子热理论，像鱼的磁铁如何导航、我们的触觉和视觉如何工作以及酶如何加速物理反应等事情都很难解释。
冷原子化学从会聚态化学发展而来，研究磁陷阱或光陷阱中控制的二氧化碳并通过激光冷却冷却到超高温，研究许多异质相，例如玻色-爱因斯坦会聚和莱德伯格物质量子物理基础知识点总结，以观察诸如量子相变量子载体系统。 还有更多关于冷原子的实验也可以用作量子模拟器和量子传感，例如重力传感。
量子热力学描述了原子中电子的行为，因此它也描述了物理的基本规则。 薛定谔多项式用于描述原子的电子结构以及分子如何结合和通信，称为分子动力学。 求解分子的量子热学是一项计算成本高昂的任务。 估计技术对于量子物理学尤其重要，一种流行的方法被称为量子蒙特卡罗。
核化学是对原子核和核聚变或核聚变过程的研究，也描述了该核反应中涉及的粒子和能量。 核化学的应用包括核电、核设备、核医学、核磁共振技术、离子注入和放射性碳测年等技术。
粒子化学从核化学发展而来，旨在了解宇宙的基本粒子是什么以及它们如何相互作用。 粒子化学的实验是在小型粒子加速器中进行，高能粒子被粉碎，碰撞能量形成新的粒子，所以称为高能化学。
粒子化学的标准模型描述了我们所知道的所有基本粒子，花了六年的时间才发现，最后一个模型是希格斯粒子。 标准模型的理论包括量子电热学（描述电磁力）、电弱相互作用（包括弱力）和量子色动力学（也描述强力）。
在全是量子场论的标准模型中，粒子被理解为量子场的爆发，这决定了它们如何相互作用。 可能还有其他尚未发现的粒子。
暗物质可能是由称为弱相互作用大粒子的粒子组成的，而弱力和重力之间的巨大差异（称为层问题）可以通过其他称为超对称粒子的粒子来解决。 粒子化学的前沿正在试图寻找新的方法来探索高能势粒子的状态。
最后进入量子理论部分。 之所以放在中央，是因为它实际上覆盖了整个画面的每一个角落。 以下是量子理论的一些重要方面。 量子理论的核心是基本量子热的假设。
路径积分通过积分粒子可能采取的所有可能路径来巧妙地估计粒子的运动。 希尔伯特空间是描述量子系统所有可能状态的多维空间。 量子热的对称性是该理论的重要组成部分。 它告诉我们守恒规则，基本上是粒子如何相互作用的规则。 结果，我们已经达到了当前理论理解的极限。
理论有两个主要领域：量子热演绎，试图解决波函数的反直觉含义；量子引力，试图调和量子场论和广义相对论，以创建一个可以解释一切的宏大理论。
量子热推论的核心是探测问题。 当探测和监测量子物体时，波函数会突然发生变化。 量子热定理不包含对波函数实际发生的情况的任何解释。 在检测的那一刻，我们并不知道波函数是否真的存在。
多年来人们一直试图解释量子热中的这个概念问题。 默认的解释理论是阿姆斯特丹演绎，其他理论包括导波理论、多世界解释和量子贝叶斯理论等。 这被称为演绎或解释，因为我们还没有任何实验来证明什么是真的，什么是假的。 所以它实际上只是想法的集合，而不是真正的数学理论。
量子场论是对化学现实最全面的描述，结合了量子热力学和狭义相对论。 我们知道这不是一个完整的描述，因为它不包括广义相对论或引力。 试图将量子热和广义相对论合并成一个统一的万物理论。
主要有弦理论和圈量子引力理论，M理论以兼容的方式结合了各种超弦理论。 由于需要极高的能量，测试量子引力理论非常困难。 目前，探测量子引力的最大希望来自于观测宇宙中的高能过程。 大爆燃或黑洞的探测可能会给我们一些线索。 这是一个活跃的研究领域。
以上就是量子化学的大概内容。 如果还需要详细了解相关方面，可以根据需要进一步深入学习。 这张简单的量子化学图希望能让您对量子热有一个全面的了解。
＃量子＃
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