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对于量子化学学,你是否也有这种误会

更新时间:2023-10-20 文章作者:佚名 信息来源:网络整理 阅读次数:

撰文:(伦敦萨克雷学院化学学院士)CNU物理好资源网(原物理ok网)

多年来,我仍然在推广自己的研究领域——量子化学学。通常公众都认为这是个很吸引人的话题,书籍和刊物封面也经常表现它的神秘。但是,在数学学的这个领域中出现了许多误会,我写这篇文章的目的就是要通过事实来说明这其中的6个错误观念。CNU物理好资源网(原物理ok网)

别害怕,你并不须要了解多少的量子化学学知识能够阅读这篇文章。我不是要解释哪些是量子化学学,而是主要要解释它不是哪些……CNU物理好资源网(原物理ok网)

1、“量子化学学全都是关于不确定性”CNU物理好资源网(原物理ok网)

并不是!事实上,量子化学学可能是人类创造的最精确的一门科学。它还能以极高的精度预测个别性质,甚至可以精确到小数点10位以后,这都在后来的实验中得到了否认。CNU物理好资源网(原物理ok网)

这些错误观念部份来始于海森堡的“不确定性原理”。海森堡强调,当同时检测两个量时,例如一个粒子的速率和位置,检测的精确性是有限度的。并且当量子化学学被拿来估算其他的化学量时,例如能量或则原子的磁性,它可以达到惊人的精确度。CNU物理好资源网(原物理ok网)

不确定性原理CNU物理好资源网(原物理ok网)

2、“量子化学学难以被可视化”CNU物理好资源网(原物理ok网)

量子化学学描述的对象一般有些“奇怪”,并且很难描述出它们的图象,例如波函数、叠加态、概率幅、复数等等。人们常说,只有用物理多项式和符号才会理解这种概念。虽然这么,我们化学学家在教导和推广这种概念时,依然会描述它们的图象。我们会使用图表、绘画、隐喻、投影仪和许多其他设备。那些都没哪些,由于除了是中学生,甚至像我们这样资深的量子化学学家也须要在脑子中对正在抚弄的对象产生一幅图象。有争议的部份在于这种图象的确切性量子物理学书籍排名,由于我们很难确切地表示一个量子对象。CNU物理好资源网(原物理ok网)

通过与设计师、插作家和视频制做者合作,(重新想像数学学)研究小组企图以所有可能的方式来“绘制”量子化学学:折纸、视觉文学、雕塑、3D动漫等等。CNU物理好资源网(原物理ok网)

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的作品:超流体CNU物理好资源网(原物理ok网)

3、“即使科学家也不懂量子化学学”CNU物理好资源网(原物理ok网)

量子化学学领域的一位领军人物费曼曾说过:“我想我可以有掌握地说,没有人真正理解量子热学。”但他接着马上补充说:“我将告诉大家大自然是怎样运作的。”这个学科的奠基人之一玻尔给出了一个挺好的总结:“那些在第一次接触量子理论时没有被惊艳的人,不可能真正理解它。”CNU物理好资源网(原物理ok网)

当化学学家在处理量子的物理方式描述时,她们确实明白自己在做哪些。她们只是须要让自己的直觉适应这个新领域及其内在的矛盾。CNU物理好资源网(原物理ok网)

费曼、玻尔、爱因斯坦CNU物理好资源网(原物理ok网)

4、“少数几个杰出的理论学家提出了量子化学学的整个概念”CNU物理好资源网(原物理ok网)

量子化学学的整个历史恰恰表现了完全相反的事实。一开始,在实验室中出现了一些意想不到的结果,例如光电效应、黑体幅射、原子的光发射波谱。直至后来,当爱因斯坦、普朗克、玻尔和其他人企图提供解释时,这一领域才有了杰出理论学家的加入。CNU物理好资源网(原物理ok网)

此后基础实验继续跟进,包括会从镍上怪异地回落的电子,因磁场而发生奇怪偏转的银原子量子物理学书籍排名,以及在高温下可以完美导电的金属等等。之后理论和概念再度出现,出现了排比性、自旋以及超导性等概念。理论与实践之间这些富于成效的来回交流是构建数学学的根基。不仅极少数情况外,通常都是实验最先出现。CNU物理好资源网(原物理ok网)

5、“爱因斯坦是量子化学学最大的敌军”CNU物理好资源网(原物理ok网)

爱因斯坦常常被描述为一个对量子化学学饱含恶意的反对者,这可能是由于他的那句格言:“上帝不会和宇宙玩掷色子。”然而事实是,他除了不反对量子热学,并且他还创造了量子热学!CNU物理好资源网(原物理ok网)

1905年,在普朗克的工作基础之上,爱因斯坦写了一篇基础性的文章——《关于光的形成和转化的一个启发性观点》。在这篇文章中,爱因斯坦提出,光是由小的、独立的、一份一份的物体组成的,它们名为光子。事实上,让他获得诺贝尔奖的正是这项工作,而不是他在相对论方面的研究。CNU物理好资源网(原物理ok网)

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爱因斯坦之所以留下这样的“恶名”可能是缘于他与玻尔关于量子热学的论争,尤其是关于演绎和量子实在的概念,由于他不接受非定域性的概念。后来,关于量子纠缠和违反贝尔定律的实验证明了爱因斯坦是错误的,并证明了隐变量的缺位。爱因斯坦完全理解量子化学学的相关性,他只是对它的一些涵义有所顾虑,非常是在于定域性有关的问题上。CNU物理好资源网(原物理ok网)

贝尔不方程CNU物理好资源网(原物理ok网)

6、“量子化学没有实际用途”CNU物理好资源网(原物理ok网)

量子化学学可能是现代数学学中最有用的学科。一旦化学学家理解了光、原子和电子的工作原理,能够对它们进行操纵。激光、医院里的核磁共振成像、LED灯、闪存、硬盘,还有更重要的晶体管和电子元件,所有这种技术都是量子化学学家发明的。CNU物理好资源网(原物理ok网)

核磁共振成像仪器CNU物理好资源网(原物理ok网)

就是这种啦!我希望我破不仅量子化学学的一些神秘。最后我想说的是,量子化学学是一门与其他任何科学都一样的学科……CNU物理好资源网(原物理ok网)

原文标题为“Sevenmythsabout”,首发于2019年4月15日的The。原文链接:/seven--myths-about---.英文内容有删节,仅供参考,一切内容以英语原版为准。CNU物理好资源网(原物理ok网)

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