量子概念泛滥的2019,我们该做点什么

 

话说“遇事不决量子力学,解释不通平行时空”,只要世间万物加上“量子”两个字,嘿嘿嘿,一切都变得有意思起来了。...

话说“遇事不决量子力学,解释不通平行时空”,
只要世间万物加上“量子”两个字,
嘿嘿嘿,
一切都变得有意思起来了。
今年非常火的,量子波动速读,
听说,孩子蒙着眼睛,
依靠量子波动效应,
就能让书本上的知识,流进脑海里,
当时看完这个广告,
小编气的差点就把怎么也学不懂,的量子化学书丢掉了,
不过的确这个广告也收割了不少家长的智商税,
所以量子是什么东西,
在某宝,输入“量子“两个字之后,
神奇的事情出现了,
量子热能衣?量子保暖?量子养生衣?......
小编特意点进去看看介绍,
还被“科普“了一番,
看着这些具有“科技感“的配图,
仿佛万物皆可量子力学,
小编真的就是差点就信了。
万物皆可量子力学,原来真的不是盖的,
所以“量子”是什么,量子力学又是什么??
量子力学可以说是近代物理最有成就的,学科之一了,量子力学创立于 20 世纪初,如今已经应用在了非常,多的领域,我们一旦将对物质的研究尺寸缩小到纳米(10^-9)层面,物质就显现出了量子效应。其中“量子”主要指的是,能量是量子化的,因为在量子力学成立以前,人们对能量的认识是,都认为能量分布是连续的,并且服从麦克斯韦——玻尔兹曼分布。

然鹅,19 世纪末开尔文男爵提出了物理,学界的两大乌云之一,就是当时的理论没有办法,解释黑体辐射中的短波长部分,也就是紫外区的部分。所以这个问题也,被人们称为“紫外灾难”。紫外灾难的意思就是说,一块烧红的铁块能够释放各个,波长的电磁波,电磁波的分布如图,当时的科学家想去,解释这个曲线,但是只能在长波长的部分描述,大致的规律,在短波长部分的就没有,办法解释了。
  黑体辐射真实数据,曲线与模拟曲线   


终于,陷入乌云的物理界,被量子力学之父普朗克从水深火热中带了出来。他提出光的能量是可以,分成一份一份最小基本能量元的,而不应该当成连续的来看。这个思路的提出,引导科学家们随后就精确,的解释了黑体辐射曲线。

如今量子力学的大厦已经逐渐,建立起来了。量子力学中有很多反常识,的理论,所以量子力学也因其反常识、难理解的特点,而被别有用心的无良,商贩利用成为智商税收割机。“量子”这两个字近年来被,滥用也更多是在“保健品”行业,这些“保健品”受众也更多是长辈们。所以,关爱长辈就多给他们,讲讲量子力学吧?你也不懂量子力学?

毕竟这是一门反常识,的学科,据说谁看到量子,理论还没发疯,那他肯定是没有看懂。所以......你懂了吧。
       


不管你懂没懂,来我们正经科普。小编来讲几个反直觉,的例子。

我们经常用波函数来描述机械波或者电磁波,而德布罗意提出我们身边的物质都具有波动性,这个猜想在微观层面,也就是电子层面,已经得到了验证。对于电子我们用,薛定谔方程来描述,这个薛定谔方程的解被称为电子的波函数,它能够描述某一个电子的“一切”信息。这里的“一切”也正是科学家们想要知道的电子的概率分布

这个解没办法告诉我们什么时候电子会在空间,的什么位置出现。也就是说,这个解描述的不是电子,的轨迹,但是能够告诉我们,电子在空间某一,位置出现的概率。但是这个波函数也不是表示电子在,空间中是以波的形式分布的,所以可以像求解机械波中的振幅一样求解,出电子的振幅吗,这当然不是。
 氢原子波函数和不同轨道电子密度分布


电子的波函数实际上是利用波函数的形式,来描述电子在某一,空间的分布规律。求解出在空间 X 位置,和 T 时间的波函数值,是复数的形式。这个复数的模的平方,就代表 T 时刻,在 X 点找到电子的概率。

所以,世界的微观层面是随机的,这与宏观的质点运动具有确定性,是不一致的。而这对于当时还,不能接受这个概念的爱因斯坦,这就是为什么爱因斯坦会,说出那句经典的话“上帝不掷骰子。
爱因斯坦


还有一点就是,对于某一个量子体系,可能有多个,波函数可以描述,将多个波函数进行线性组合后也依然,可以描述这个体系,可以说波函数是“叠加态”的。也就是说,我们没办法确切的知道这个,体系究竟是用哪一个波函数来描述。

我们通过一个波函数可以,求解,通过另一个波函数,也能够求解,这是两个完全不同的解,在我们没有对这个体系,观测的时候,可以认为这两个,解都是存在,是通过概率联系起来的“叠加态”。然而当我们对,这个体系进行观测,那么这个解(态)就确定了,我们可能得到众多态中,的一个,我们没办法知道另外,的态是什么。这个体系也就丧失了“叠加态”,“坍缩”到了某一个态。

这也是著名的“薛定谔的猫”的论述的来源。
  
薛定谔的猫     


还有一些著名的现象,比如量子隧穿效应。就是说,按道理一个高的能垒对于,电子来说就是一堵“墙”,在宏观层面,一个人是不会穿过墙体的,但是在量子层面,这个电子会有一定几率,穿过这堵“墙”。
利用电子隧穿原理的扫描隧道显微镜工作过程


在波函数描述多电子体系时,还会出现一个神奇的现象——量子纠缠,也就是说在一个多,电子体系中,对一个电子的状态的改变能够,牵扯到这个体系其他电子的状态的改变,不管这个两个电子,的距离相隔多远。这种性质也就是量子,通信的理论基础。

......

量子力学看起来是好玩,听起来是神奇,但刚才的这些,内容都只是冰山一角,量子的世界还有好多好玩,的呢。

玩归玩,闹归闹,现在咱不开玩笑。还是问一个问题,通过刚才的科普,量子力学是什么?我们来看看路人怎么说。
(正经广告脸)


你知道量子力学吗?
如果不知道,那么,你想了解关于,量子力学的哪些问题?作为一门颠覆人类,思维的科学,谁看到量子理论还没发疯,那他肯定是没有看懂。

2019 年的岁末,我们邀请网红科学家,中科院物理所研究员曹则,贤,给大家带来跨年科学演讲——什么是量子力学,一起跨一场硬核的年
   




活动地点
中科院物理所
M楼234报告厅


活动时间
   12 月 30 日 晚20:00-21:30


活动形式
 线上直播+线下讲座


报名方式
在“中科院物理所”微信公众号后台回复
“新年悟理”
即可获取现场观众报名链接。


支持媒体
编辑:Kun

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