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1 # 蔓莓愛運動
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2 # 雨中思
量子技術,其實一直在你我身邊
雖然聽著很高大上,好像離我們普通人很遙遠的樣子,但其實我們已經可以見到量子技術給我們的生活帶來的變化了。
陌生的量子,不陌生的電晶體美國《探索》雜誌線上版給出的現實世界中量子力學的一大應用,就是大家相當熟悉的電晶體。
1945年的秋天,美國軍方成功製造出世界上第一臺真空管計算機——ENIAC。 根據當時的記載,這臺龐然大物總重量超過30噸,佔地面積接近一個小型住宅,總花費高達100萬美元。如此鉅額的投入,註定了真空管這種能源和空間消耗大戶,在計算機的發展史中只能是一個過客。因為彼時,貝爾實驗室的科學家們已在加緊研製足以替代真空管的新發明—— 電晶體。
電晶體的優勢在於它能夠同時扮演電子訊號放大器和轉換器的角色。 這幾乎是所有現代電子裝置最基本的功能需求。但電晶體的出現,首先必須要感謝的就是量子力學。
正是在量子力學基礎研究領域獲得的突破,斯坦福大學的研究者尤金·瓦格納及其學生弗里德里希·塞茨得以 在1930年發現半導體的性質——同時作為導體和絕緣體而存在。 在電晶體上加電壓能實現門的功能,控制管中電流的導通或者截止,利用這個原理便能實現資訊編碼,以至於編寫一種1和0的語言來操作它們。
此後的10年中,貝爾實驗室的科學家制作和改良了世界首枚電晶體。 1954年,美國軍方成功製造出世界首臺電晶體計算機TRIDAC。 與之前動輒樓房般臃腫的不靠譜的真空管計算機前輩們相比,TRIDAC只有3立方英尺大,功率不過100瓦。今天,英特爾和AMD的尖端晶片上,已經能夠擺放數十億個微處理器。而這一切都必須歸功於量子力學。
不確定的量子,極其確定的時鐘作為普通人,一般是不會介意自己的手錶快了半分鐘,還是慢了十幾秒。 但是,如果是像美國海軍氣象天文臺那樣為一個國家的時間負責,那麼這半分半秒的誤差都是不被允許的。好在這些重要的組織單位都能夠依靠原子鐘來保持時間的精準無誤。這些原子鐘比之前所有存在過的鐘表都要精確。其中最強悍的是一臺銫原子鐘,能夠在2000萬年之後,依然保持誤差不超過1秒。
看到這種精確的能讓人紊亂的鐘表後,你也許會疑惑難道真的有什麼人或者什麼場合會用到它們?答案是肯定的,確實有人需要。比如航天工程師在計算宇宙飛船的飛行軌跡時,必須清楚地瞭解目的地的位置。不管是恆星還是小行星,它們都時刻處在運動當中。同時距離也是必須考慮的因素。一旦將來我們飛出了所在星系的範圍,留給誤差的邊際範圍將會越來越小。
那麼,量子力學又與這些有什麼關係呢? 對於這些極度精準的原子鐘來說,導致誤差產生的最大敵人,是量子噪聲。它們能夠消減原子鐘測量原子振動的能力。現在,來自德國大學的兩位研究人員已經開發出,透過調整銫原子的能量層級來抑制量子噪聲程度的方法。它們目前正在試圖將這一方法應用到所有原子鐘上去。畢竟科技越發達,對準時的要求就越高。
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3 # 骨頭無畏牛刀
量子特性研究成果,一旦被應用,對社會生產生活將是顛覆性的改變。比如量子計算機,可以比電子計算機運算速度快上億倍。
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4 # 酋知魚
好吧,這其實是一個讓我有點哭笑不得的問題,量子的特性本來就是這個世界上真實存在的呀,在我們的物理學沒有達到足夠的高度之前,我們就只是對它不瞭解而已,但並不代表它不存在,或者是在發現後才對我們的生活造成了影響。在人類發現細菌之前,就不生病了嗎?
所以我想介紹一些非常有趣的,生活中一直存在的量子力學問題,這其中有很多到現在也還沒有真正解決,不過你在聽了之後一定會感慨——真的是太有意思了。
在初中物理我們就學過平面鏡的反射原理,但是你有沒有想過,為什麼光的入射角與出射角一定相等?
物理學家與常人的思維模式是不一樣的,多數人看來是一個理所當然的事件,在科學家眼中卻大有文章可作。其實這個問題與另外兩個看上去“更像問題”的問題本質是一樣的,它們分別是“光為什麼會折射”與“光為什麼會發生全反射”。
在你可以找到的一些解釋中,會這麼表達——光只走最近的路徑。這是什麼意思呢?也就是說你在光經過介質後的空間任意尋找一點,並在光源與這個點間畫無數條路徑,那麼只有在現實世界中發生折射或反射的路徑才是耗時最短的。
這個解釋從結果上來說雖然是正確的,但是無疑會讓人非常疑惑:
1、光的傳播也需要時間,那它是如何在到達之前就已經知道這條路徑是最短的呢?
2、當我在前一句中用“知道”這個詞的時候就彷彿在承認量子是有意識的,但很顯然這並不符合唯物主義世界觀。
當然,這種解釋只是一個權宜之計,並不代表真相,僅僅是從結果上來說能區域性邏輯自洽而已。比如在過去,人們會認為南方密林中的瘴氣非常致命,其實真相是蚊子傳染的瘧疾與登革熱等疾病而已,不過至少有一點說對了——遠離森林會更安全。
只要再稍微擴充套件一下,同一種現象的另一種形式下這種理解方式就立即失效了,比如全反射。當光從折射率高的介質向折射率低的介質傳播,當入射角大於一個極限值時,光就無法突破而被完全地反射回來,“全”就是這個意思。
那麼光為什會有這樣的特性呢?因為光子其實就是一種量子,所以光的傳播自然也就歸量子力學管了。著名物理學家費曼曾經提出過一個可能的解決方法,叫“費曼路徑積分”,他假設光在傳播的時候其實是同時通過了所有的可能路徑,然後這些路徑之間發生了相互影響,最終顯示出來的就是路徑最短的那一條。
這一過程類似波現象中的“駐波”,即複數個波在滿足特定條件下會因相互增強或相互消除而呈現出一種“看似穩定”的狀態。而我們看到的光的折射路徑正是無數路徑相互增強削弱最終呈現出的結果。
這個理論同樣可以解釋全反射現象,一般來說在介質的分介面上反射與折射是同時存在的,但是當入射角足夠大的時候,用費曼路徑積分的公式可以計算出,低折射率介質的一側無論如何都無法形成駐波,於是表現為光無法突破。
用費曼路徑積分的公式可以計算量子路徑中的很多問題。還記得單光子干涉實驗中的反經驗之處嗎,為什麼一個光子也能知道自己面對的是一條縫而不是兩條縫?這同樣可以用費曼路徑積分進行計算與解釋——那個單光子並不是一個堅硬的,不可分離的小球,它同樣是無數“虛光子”的疊加駐波,所以它可以同時透過兩條縫。
費曼的理論當然比“最短路徑”理論要好用得多,不過理所當然,這也不一定是真相,只是一個相對更好理理解與計算的模型(我們幾乎可以肯定不是真相,只是一個特別好用的理論計算模型而已)。
費曼先生也曾說過:“沒有人真正懂量子力學”。是的,以目前的物理水平,我們已經可以利用量子為製造計算機或是保密通訊,但是我們還是不能理解它們的運作原理。這就像是一個熟練的訓獸師,他雖然可以讓老虎獅子乖乖聽話,但還是對這些猛獸大腦皮層中的反射一無所知。
你看,就算是光的反射這種極端習以為常的現象,背後都是最高深最前沿的量子力學課題,可見量子力學實在是太常見了,它在我們已知的幾乎所有物理現象中發揮著作用。
“我和我的量子力學,一刻也不能分割~~~~”
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5 # 寰宇光科技
量子的特性會不會對現實生活產生影響?如果是量子特性在科學上的應用會對我們生活產生影響,能給我們生活帶來很多方便,比如量子通訊,量子力學的開發應用等。如果是物質世界的存在的量子,答案是量子不會影響人類的現實生活。在我們尚未認知量子之前,量子就一直存在,而且我們無時無刻不生活在量子的世界中,比如可見光(光量子)及其他波段的電磁波等都一直都在我們身邊。今天我們認知了量子的一些特性,是對這些特性加以認識和利用而已。
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6 # 倍兒爽8
每次科技的發展、進步、創新,都為人類的前行帶來了動力,很多時候是翻天的變化,科技是第一生產力。量子力學的發展如果不存在偽,必將給世界創造新的、偉大的變化。
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7 # 萬衛國
量子特性的研究己接近微觀世界前沿,如有重大突破,將是劃時代的里程碑。所謂量子糾纏即感應反映,令科學家困惑百年。相信隨著科技發展,定能證求到完美解剖,併為人類事業作出卓越貢獻。
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8 # 老周1970
早就影響了,凡是有電子產品的地方就有量子理論的身影。但是從量子理論延伸出的平行宇宙(也叫多重宇宙)理論、虛擬世界、意識決定現實等超前思想還只是科幻中的題材,並沒有真的影響現實生活。
量子理論誕生於1900年,普朗克常數即是量子的基本單位,也是這個宇宙的最小單位,也就是說客觀世界的物質和能量不能被無限分割,最小隻能分割到普朗克常數。
量子理論從一個側面反駁了飛矢不動和龜兔賽跑中兔子永遠追不上烏龜的詭辯(一般認為微積分可以解釋這類詭辯,但似乎從量子理論可以延伸到現實世界的時間不能被無限分割,這更形象)。
要特別說明的是愛因斯坦為量子理論作出了巨大貢獻,他用光量子概念完美解釋了光電效應現象,並因此獲得諾貝爾獎(相對論據說是超出諾獎的)。但量子理論完全否定了客觀世界的定域性,這讓愛總無法接受,說出了“上帝不擲骰子”的名言。
雖然後來證明量子理論是正確的,但現實中的人們可能還是跟愛總一樣,仍相信這個世界是客觀實在的。畢竟我們都不可能承認,起床後的我們其實還是在夢境中;甚至於說白天的生活其實是夢境,而夢裡的場景才是真正的現實。
回覆列表
1、不確定性原理即觀察者不可能同時知道一個粒子的位置和它的速度,粒子位置的總是以一定的機率存在某一個不同的地方,而對未知狀態系統的每一次測量都必將改變系統原來的狀態。也就是說,測量後的微粒相比於測量之前,必然會產生變化。2、量子不可克隆量子不可克隆原理,即一個未知的量子態不能被完全地克隆。在量子力學中,不存在這樣一個物理過程:實現對一個未知量子態的精確複製,使得每個複製態與初始量子態完全相同。3、量子不可區分量子不可區分原理,即不可能同時精確測量兩個非正交量子態。事實上,由於非正交量子態具有不可區分性,無論採用任何測量方法,測量結果的都會有錯誤。4、量子態疊加性量子狀態可以疊加,因此量子資訊也是可以疊加的。這是量子計算中的可以實現並行性的重要基礎,即可以同時輸入和操作個量子位元的疊加態。5、量子態糾纏性兩個及以上的量子在特定的(溫度、磁場)環境下可以處於較穩定的量子糾纏狀態,基於這種糾纏,某個粒子的作用將會瞬時地影響另一個粒子。愛因斯坦稱其為“幽靈般的超距作用”。6、量子態相干性量子力學中微觀粒子間的相互疊加作用能產生類似經典力學中光的干涉現象。
擴充套件資料:
量子力學問題:按動力學意義上說,量子力學的運動方程是,當體系的某一時刻的狀態被知道時,可以根據運動方程預言它的未來和過去任意時刻的狀態。量子力學的預言和經典物理學運動方程(質點運動方程和波動方程)的預言在性質上是不同的。在經典物理學理論中,對一個體系的測量不會改變它的狀態,它只有一種變化,並按運動方程演進。因此,運動方程對決定體系狀態的力學量可以作出確定的預言。量子力學可以算作是被驗證的最嚴密的物理理論之一了。至今為止,所有的實驗資料均無法推翻量子力學。大多數物理學家認為,它“幾乎”在所有情況下,正確地描寫能量和物質的物理性質。參考資料來源:百度百科 -量子力學 ------------- 如果我回答對你有幫助,請關注我一下。或有其他問題也可以關注我,給我發私信