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好书伴读|揭露“量子”的神秘面纱

更新时间:2023-10-07 文章作者:佚名 信息来源:网络整理 阅读次数:

量子是我们的老同学,而不是近来才有的东西。事实上,20世纪90年代,诺贝尔奖得主莱德曼就强调,量子热学贡献了当时日本国外生产总额的三分之一。如今更是很难找到与量子无关的新技术。所以说,量子热学是当代文明的一个重要基础。近些年来,基于量子叠加的量子信息和量子估算得到很大发展。从技术到理论,我们都须要继续量子革命。QcF物理好资源网(原物理ok网)

“量子”是我们的老同学QcF物理好资源网(原物理ok网)

量子热学最重要的特点,是它的描述是机率性的。在我们日常生活中量子物理专业介绍,也使用机率的说法。例如,扔色子,每位面朝上都有可能,机率大约1/6。并且这些机率是基于对细节的忽视。假如我们晓得色子运动的热学细节,原则上我们可以预言每次扔色子的结果。而在量子热学中,机率是实质性的。关键在于,我们使用的最基本的概念是“概率的开方”,也称波函数或则机率幅,比机率信息更丰富,就好比复数比实数的信息丰富。德布罗意所说的物质波本质上就是波函数。由于是一种波,所以有干涉效应,两种可能性叠加的机率不一定是原来两个机率相乘。量子热学构建之后,成为整个微观数学学的理论框架,取得一个又一个的成功。QcF物理好资源网(原物理ok网)

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量子热学解释了物理。元素周期表、化学反应、化学键、分子的稳定性等,都是在电子和原子核的电磁力作用下,量子热学规律所造成。所以狄拉克在1929年就说:“整个物理所依赖的数学定理早已完全晓得了。”QcF物理好资源网(原物理ok网)

量子热学帮助我们理解宇宙。我们的宇宙跨越各类尺度,从最小、最微观的基本粒子到原子分子,到我们可以看到的宏观世界,到天体,到整个宇宙。从光到基本粒子,到原子核,到原子、分子以及大量原子构成的汇聚态物质,量子热学都起了重要的作用,也因而成为现代技术的基础。在微观的尺度上,电磁力和弱互相作用(主宰中子衰变为质子因而造成放射性)早已统一为电弱互相作用,这是量子场论(量子热学与狭义相对论的结合)的成功。在更微观的尺度上,电弱互相作用可能与强互相作用(将夸克结合为核子的力量)统一,而且还没有成功。QcF物理好资源网(原物理ok网)

愈发微观的尺度上,它们还可能与引力统一。这种统一问题依赖对量子热学的探究,都还没有解决。其他的未解之谜,例如,暗物质和暗能量,答案也依赖于量子热学。好多天体化学过程,比如太阳这样的星体发光,白矮星和脉冲星的存在,以及刚刚说过的宇宙背景幅射的存在,都是由于量子热学规律。太阳发出的中微子抵达月球时,一部份弄成其他类型的中微子量子物理专业介绍,这本质上就是量子机率幅的振荡。整个宇宙起源于大爆燃,之后仍然膨胀。所以在宇宙诞生的初期,宇宙如同一锅基本粒子的汤,受量子热学支配。所以不少人用咬尾蛇来象征最大和最小的统一。在宇宙初期,量子热学决定了我们的宇宙中有多少氢和氦。后来重原子核在星体中的合成也是量子热学决定的。大尺度上,我们的宇宙中有星体结构。追根追溯,宇宙结构的产生是由于最初量子热学引起的涨落,这是量子热学的机率本性决定的。QcF物理好资源网(原物理ok网)

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终极问题——为什么有宇宙存在,而不是哪些也没有,也须要药量子力学去找寻答案,不管能不能找到。各类材料的化学性质在很大程度上是由于材料中电子的量子热学行为。例如,导体和绝缘体的区别,例如,磁性的起源,超导电性的缘由,等等。量子热学带来了十分丰富的应用,深刻地改变了我们人类社会的文明。QcF物理好资源网(原物理ok网)

它让我们拥有了新的能源:来自原子核的能量,也让我们就能更有效地借助太阳能。原子弹影响了世界历史,而核电则是原子核能量的和平借助。QcF物理好资源网(原物理ok网)

量子热学为信息革命提供了硬件基础。激光、半导体晶体管,芯片的原理都缘于量子热学。量子热学也促使c盘和光碟的信息储存、发光晶闸管、卫星定位导航等新技术成为可能。从X射线到电子显微镜、正电子湮灭、光学和核磁共振成像,等等,量子热学为材料科学、医学和生物学提供了剖析工具。所以,量子是我们的老同学,而不是近来才有的东西。事实上,20世纪90年代,诺贝尔奖得主莱德曼就强调,量子热学贡献了当时日本国外生产总额的三分之一。如今更是很难找到与量子无关的新技术。所以说,量子热学是当代文明的一个重要基础。QcF物理好资源网(原物理ok网)

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