物理學中宏觀與微觀之間是否有界限?物質在什麼尺度以上就無法體現其量子特性了?

清明的星空


物理學中宏觀與微觀之間是否有界限,物質在什麼尺度上就無法體現其量子特性了?

十分高興悟空問答官方帳號信任我。物理學中宏觀與微觀的界限,我認為中學物理課應當講過,原子以上物質應當為宏觀,小於原子的物質應當即為微觀。原子及大於原子的物質不可能體現量子特性了。

目前中國🇨🇳量子通訊己經北京至上海試用,會很快速發展。量子計算機也在研究創新中。信息產業是我國與世界強國競爭的激烈陣地。我國暫主導了量子通訊,量子計算機在競爭中快速發展。

我以四大塊來回答,讓每位讀者都清楚是什麼。第一塊簡單敘述量子特性。第二塊簡單敘述微觀粒子。第三塊敘述雙縫干涉。第四塊敘述量子糾纏。

首先說量子特性。量子是物理概念,上世紀四十年代由愛因斯坦提出,他發現了量子糾纏現象,但在當時條件下,力學,數學,物理學,電學,光學,都還沒有辦法測量計算定性。量子特性用白話講,即量子的能量轉換,信息傳遞等的量子基本功能。

第二個塊別:微觀粒子。

微觀粒子就是在波粒二象中,更多表現為波動性的粒子,一般體現為波長。電子及以下(中子,質子,原子,分子是實物粒子)都可以認為是微觀粒子。我們可以把大量的基本粒子的構成分為三類:純單個粒子,中徽子,電子,大統一粒子,夸克。第二類:由兩個基本粒子合成的粒子,如n介子,w,Z玻色子。第三類:由三個基本粒子合成的粒子,如中子,質子及其它強子。

粒子的質量,合成粒子的質量,質量轉換關係,運算等不在這裡敘述了。

第三塊:雙縫干涉。平行的單色光投射到一個有兩條狹縫的擋板上,狹縫相距很近,平行光的光波會同時傳到狹縫它們就成了兩個振動情況總相同波源,它們發出的光在擋板後面空間相互疊加,即發生干涉現象。這是波的干涉物理試驗。單色光,當屏與狹縫路經差是半波長偶數倍,則兩例波峰疊加,波谷疊加,形成亮條紋。當屏與狹縫路經差是半波長奇數時,波峰跟波谷疊加,光波振幅互相抵消,出現暗條紋。這裡量計算省略。這就是雙峰干涉。

第四塊:量子糾纏。

這是一個物理概念。在量子力學裡,當幾個粒子在彼此相互作用後,由於各個粒子所擁有的特性己綜合成整體性質,無法單獨描述各個粒子的性質,則稱為這現象為量子糾纏。量子糾纏是一種純粹發生於量子系統的現象,在經典力學裡,找不到類似現象。量子糾纏的提出者是愛因斯坦,波多爾斯基。量子糾纏概念提出的歷史,數學表述,糾纏度量,案例等不在這裡敘述。

量子糾纏是一種物理資源。應用量子糾纏的機制於量子信息學,可以做成平常不可行的事情。如中國🇨🇳量子通訊。量子密鑰分發:能夠使通訊雙方共同擁有一個隨機安全的密鑰,來加密和解密信息,保證通訊安全。還可以應用於量子計算機。

目前,量子通訊,量子計算機,已是全球大國強國👍相互競爭的信息工程,因為它可以形成萬億大產業,可以把人類的信息平臺做得無限大,更安全可靠,量子計算機可以讓大數據計算平臺番億倍,幫助人類解決重大計算,設計,超大量存儲分析,太空工程,生命工程,超級化工合成等等重大科學技術問題都有可能快速解決。

我己從學術角度,對問題進行敘述,省略物理數學及工程問題,儘量用白話敘述。希望幫助讀者深厚瞭解量子糾纏及相關問題。

謝謝各位讀者!


北京大劉


宏觀與微觀之間有一個尺度,那就是所謂的“介觀”。

以我的理解,原子尺度叫做微觀,大概是1納米以下。然後尺度朝上走,到了可見光波長,比如500納米以下,這可以叫做介觀。而比500納米更大的,我們人類的眼睛就可以看到了,這個就可以叫做宏觀。所以,你問我宏觀與微觀之間的界限,我覺得可以以1納米到500納米這個尺度作為分界線。當然這個事情不是絕對的,不同的人可以有不同的想法,但大體如此,不能跑偏。

然後,你提到的量子特性,則比較複雜。微觀的東西,肯定是量子的,這個沒問題的。但其實這與溫度有關,日光燈裡的電子與光子,雖然也有量子性,但我們更願意叫它等離子體。因為對日光燈來說,你用量子力學去研究它,發現很難。

然後呢?不是說宏觀就沒有量子效應,比如超導,那麼大的一塊超導磁鐵,就是宏觀量子效應。為什麼能體現量子性,本質上還是有低溫保護,所以才量子。因此你問我在上面尺度上就不能體現量子特性了,這個是沒有答案的。黑洞那麼大,黑洞表面的黑體輻射就是量子效應。所以,你的問題的答案是不固定的,要具體情況具體分析。


瀟軒


沒有界限。只是後面的運行規則沒找到而已。如果說有界限,不同層級物質狀態就是天然的界限。比如物質的固態液態氣態就是宏觀狀態下具有的界限,當條件發生變化,狀態發生質的變化。所以我認為量子微觀世界跟宏觀世界本質上是沒有界限的,但是有相對的界限存在,如同水的不同狀態,在不同狀態下,它們擁有不同的物理化學等性質,以及其它方面的特性變化,但本質都是水結構。量子世界與更聚合的大規模宏觀世界也應該有類似的突變特性。本質仍然是量變與質變關係。但是最宏觀世界,在它的微觀層面上,不管宏觀多麼不同,微觀層面應該是一致的運行規則。


分享到:


相關文章: