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它不是一个具体的粒子,但它构建了我们生活的世界

2021-01-29 09:12   来源: 互联网

量子力学是微物理的基本理论框架。它自提出100多年以来,在物理学基础和应用的各个方面都取得了一次又一次的成功。从九章量子计算机原型的发布,到广域量子保密通信技术在实际应用中条件成熟的证明,中国科学家这几年在量子科技领域取得了长足的进步。


量子力学的建立使人类对世界的认识从宏观走向微观。这是近400年来现代科学史上的一次革命性飞跃,也是公认的上个世纪最伟大的科学发现之一。


在我们了解量子力学之前,我们需要弄清楚什么是量子?我们复杂的物理世界是如何由微观粒子组成的?


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量子不是“子”,而是一个物理概念,物质是由原子组成的,原子是由原子核和电子组成的,原子核是由质子和中子组成的。那么什么是量子粒子呢?它与电子、质子和中子相比如何?


事实上,量子只是一个物理概念,而不是一个物理对象。如果一个事物有最小的、不可分的基本单位,我们就说它是可量化的,并称之为最小的可分单位量子。所以量子不是一个真正的粒子。


例如,当我们计算人数时,我们可以有一两个人,但不能有一半。另一个例子是,当人们踏上舞台时,他们只能走一两步,不能走半步。所以对于人数的统计来说,一个人就是一个量子;对于一步一步,一步就是一个量子。


同样,电子是阴极射线中最小的单位,所以我们可以说电子是阴极射线的量子。光子是光的量子,一束光必须至少有一个光子,否则就没有光。


上述例子是物质成分的量子化,另一个是物理量的量子化。假设您驾驶的是“量子汽车”,您只能以5公里/小时、20公里/小时或80公里/小时的速度行驶,并且这些值之间的速度是不允许的。换挡时,你突然从5公里/小时跳到20公里/小时,速度的变化是瞬间的,你很难注意到加速的过程。能量值由连续任意变为离散具体,且存在固定的最小值,其他值只能是最小值的倍数。这叫做物理量的量子化。


科学研究证明,在每原子和分子中,电子的能量都是量子化的。不仅能量,而且电荷、磁矩、角动量和许多其他物理量都被量子化。


物质组成和物理量的量子化表明量子化是微观世界的本质特征,量子力学已成为科学家描述微观世界的基本理论。


量子力学出现后,传统的牛顿力学被称为经典力学。举例说明“量子”与“经典”的本质区别。经典世界的特点是,物体的物理量和状态在某一时刻完全确定:晶体管不是开就是关,而且完全确定。也就是说,经典信息不是0就是1,没有歧义。


但在量子世界中,物体的物理量具有不确定性和概率性,这种不确定性与实验技术无关。它是量子世界的本质特征,不能被消除。

责任编辑:无量渡口
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