03.07 究竟什麼是量子?如何理解量子?

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量子不以實體存在。

換句話說,沒有哪個物質叫做「量子」。

那我們平時說的「量子」、「量子力學」是什麼呢?

我們只要看看身邊的樓梯就懂了——兩層樓之間,人站的高度,在0米和3米之間,雖然可以是連續的,但你若站在樓梯上,就只能有有限個可能的高度。

要麼20cm,要麼40cm、60、80……,而不會有13.2釐米這樣的高度。

換句話說,你所站位置的高度是一份一份增加的。每一份的大小都是確定的、不能隨意選擇的。

把一個數值變為離散、分立的量,就是「量子化」。

以前,人們認為氫原子外部的電子軌道和太陽系的軌道一樣,可以處在任何半徑處,所以電子所帶的能量也是連續的。然而,氫原子的離散光譜是無法用連續半徑的軌道所解釋的。同時,這樣的軌道會使得電子向外輻射能量,從而很快墜入原子核。

所以,科學家提出了「軌道量子化」的概念。認為軌道對應的角動量不是任意選取的,而是某個值的整數倍。這就是量子化。

後來根據薛定諤方程,我們可以準確求解氫原子的電子雲的能量,得到的結果也同樣是離散、分立的。

雖然後來量子力學的發展遠遠超出了離散、分立的範疇,但若要談及「量子」這個詞的來源,還需要從這裡看起。


章彥博


關於量子的問題一個回答不能說的很全面,我在這裡簡單的回顧一下量子的提出。


十九世紀的最後一天,歐洲的物理學家齊聚一堂,迎接新世紀的來臨。著名的科學家開爾文爵士驚歎於物理學的偉大成就,自豪的說:“物理學的大廈已經建成,後世的物理學家只要做一些修修補補的工作就可以了。”

開爾文這麼說,是因為在那個時代,經典力學通過牛頓、拉格朗日、拉普拉斯等人的貢獻已經清楚的解釋了物體之間的相互作用和天體運行規律,麥克斯韋電磁方程組將電與磁完美的統一起來,熱力學統計物理可以解釋分子的運動規律,彷彿物理學已經完全成熟了,沒有什麼重大的理論問題需要解決。以後的物理學家只需要將物理常數的精度提高几位就可以了。


但是,開爾文同時也說:“在物理學晴朗的天空中,還飄著兩朵令人不安的烏雲。”他所說的這兩朵烏雲其一是指黑體輻射問題中實驗結果與理論不符合,另一朵是指尋找光的參考系-以太的麥克爾孫莫雷實驗的失敗。


恰恰是這兩朵烏雲,發展成為二十世紀物理學最偉大的兩個發現:量子力學和相對論的誕生。人類認識到自己探索自然的道路還很漫長。


我們首先介紹一下黑體。物理研究發現:一切物體都在吸收、反射和輻射電磁波。如果一個物體只吸收和輻射電磁波,不反射電磁波,這個物體就稱為黑體。比如太陽就可以看作一個黑體,因為太陽的輻射特別強,輻射的電磁波強度遠遠大於反射的電磁波。


人們經過研究發現,黑體輻射的情況與物體的溫度有關。

圖中縱座標是單位波長單位面積輻射功率,橫座標是波長。我們通過這個圖可以發現兩個結論:

第一:物體溫度越高,輻射強度越大。根據斯特番-波爾茲曼定律,黑體單位面積輻射能量與溫度的四次方成正比。人們根據這個規律及算了太陽表面溫度。

第二,物體溫度越高,輻射強度最大處的波長越短,滿足維恩位移定律。比如熾熱的鐵塊會發光,而且溫度不同時,顏色也不同。


但是,這兩個定律都是實驗規律,如何從理論上解釋呢?

卡文迪許實驗室主任瑞利從經典電動力學出發,推導出一個黑體輻射公式,即瑞利-金斯公式。

不過,這個公式並不能符合實驗結果。只有在波長比較大的時候,公式才與實驗結果符合,在波長較小時,公式與實驗結果偏差很大。

最可怕的是:當波長趨近於零時,瑞利公式的結果發散,輻射強度無窮大,這顯然是很荒謬的。人們無法調和理論和實驗結果,並把這個問題稱為“紫外災難”(這是因為紫外是比可見光波長更短的光,表示波長短時實驗結果與理論值不符)。


為了解釋這個問題,許多物理學家提出了自己的見解。最成功的是德國科學家普朗克。以下是普朗克學習物理過程中相貌變化圖。

普朗克在1900年提出:為了解釋黑體輻射現象,必須做出一定的假設,這些假設可能與人們熟悉的物理學規律不同。

振動的帶電粒子能量是一份一份的,每一份的能量都與振動頻率有關,稱為一個能量子,或簡稱為量子。

按照這個假設,普朗克推導出了黑體輻射的普朗克公式。

這個公式與實驗結果符合的非常好。十八年後,普朗克獲得諾貝爾獎。


能量子的概念提出後,許多物理學家借用這個概念得出了豐碩的成果。例如愛因斯坦,1905年愛因斯坦借用普朗克的觀點解釋了光電效應實驗。愛因斯坦說:光的能量也是一份份的,每一份稱為一個光量子,或簡稱光子,光子的能量與頻率的關係也滿足普朗克公式。從此人們認識到光是具有波粒二象性的,愛因斯坦也因此獲得諾貝爾獎。


再往後,德布羅意指出所有的物質都具有波粒二像性,波恩提出概率波的觀點,薛定諤提出波函數滿足的方程薛定諤方程,波爾利用量子觀點解釋了原子的能級結構,量子力學蓬勃發展起來。


現在人們認識到:量子力學是統治微觀領域的物理規律,它與宏觀世界滿足的規律不同。


李永樂老師


量子是什麼呢?可能很多小夥伴們都好奇吧?這裡由物理系畢業的@科學小喇叭來給您答案:量子是物理學中那些最小的不可再分的基本單元。

看到這小夥伴們是不是還很疑惑,還是不知道量子究竟是個什麼東西,其實量子不是指具體的什麼粒子,跟我們說的電子、質子、中子等具體的微觀粒子是不同的。

我們現在就來看一下量子這個詞是怎麼來的

最早提出量子概念的是普朗克大神。他在研究黑體輻射的時候發現,如果把輻射出來的光的能量看做是一份一份的,那麼就能找到一個跟實驗吻合得特別好的經驗公式。於是他就提出了能量的量子假說,他把每一份最小的能量單元叫做量子。

第二個明確提出量子概念的是愛因斯坦。他在研究光電效應的時候,發現了光具有粒子性,他把這些最小的光的單元叫做光量子,簡稱叫做光子。這些光子的能量等於普朗克常數與頻率的乘積。

後來,科學家們發現了更多的微觀尺度下的現象,並且建立了一門新的科學分支:量子力學。這個時候的量子現象,就是指那些普朗克常數明顯發揮作用的尺度下的現象。量子力學和相對論已經成為了現代物理學的兩大支柱。

應該說,量子力學是迄今為止,對我們的生活促進最大,取得成功最多的科學啦。讓我們一起為科學家們點贊吧。如果您覺得我的回答還是可以的,請您隨手點個贊,幫忙轉發一下可以嗎?


科學小喇叭


有些詞語如果不是登上了頭條的話,我們大概總也想不起來,比如說“量子”。最近一次我注意到這個詞語還是在《蟻人2》這部電影中,什麼“量子世界”、“量子能量”、“量子隧道”隨處可見的“量子”將整部電影的逼格提升了至少一個“量子”的臺階。不過“量子”究竟指的是什麼呢?就像我們知道的很多概念一樣,隱約知道它的意思,但想要詳細的解釋卻無從開口。

關於量子

在網絡上可以看到很多話題,有問“量子到底存在嗎?”有問“量子是什麼啊?”還有討論“量子針灸”的,有用“量子力學”套宗教和心靈感應的,還有用“量子力學”解釋靈魂和自由意志等“形而上學”的。(關於形而上學的解釋可以參見我的上一篇文章https://www.toutiao.com/i6632828507669922307/)


那量子究竟是什麼呢?


有人說“我知道分子、原子,想必量子也是這麼一個類似的東西吧,你看隔壁的王大媽拿著量子茶杯喝著量子水,家裡的保健器械很多也帶著“量子”標誌。”隔壁王大媽進入了“量子世界”怎麼掙脫出來是王大媽兒女的事,不過可以肯定的是不會比初代“黃蜂女”從“量子世界”逃脫要難。重點是我們怎麼擺脫這個“量子陷阱”,本來就掙得不多還要給“量子”買單,太虧了。


所以為了防止我們落入“量子陷阱”,讓我們瞭解一下“量子”,以及20世紀物理學兩大支柱之一的“量子力學”。


量子一詞來自拉丁語quantus,意為“有多少”,代表“相當數量的某物質”。這是量子一詞本來的意思。


而在物理學中的定義則是:一個物理量如果存在最小的不可分割的基本單位,則這個物理量是量子化的,並把最小單位稱為量子。指一個不可分割的基本個體。例如,“光的量子”(光子)是一定頻率的光的基本能量單位。而量子力學是則研究微觀粒子運動規律的學科,是研究原子、分子以至原子核和基本粒子的結構和性質的基本理論。


我最喜歡的美劇之一,推薦


量子與量子力學似乎是最近這幾年突然火起來的,先是《生活大爆炸》中幾位物理學家為大家科普了一下量子力學的知識,緊接著中國的量子衛星發射上天,然後量子計算機的消息又被炒得火熱。一直在物理學家圈子的話題也成為了普通人討論的對象,這讓人不經有一種錯覺,彷彿量子力學剛剛被發現一樣。


但是注意,我說過“量子力學”是20世紀物理學兩大支柱之一(另一個是廣義相對論),因為量子力學正好誕生於1900年,真是巧合啊,在人類邁入新世紀的第一年。


在1900年,普朗克計算一個“熱匣子”內處於平衡態的電磁場。為此他用了一個巧妙的方法:假設電磁場能量都分佈在一個個的“量子”上,也就是說能量是一包一包或一塊一塊的。用這個方法計算出的結果與測量得到的數據完全吻合(可見在一百多年前,普朗克就回答了量子是存在的問題)。


普朗克大神髮際線感人


但是普朗克得到的結果與當時人們的認知完全不一樣,人們認為能量是連續變動的。同樣對於普朗克來說,把能量視為一個個能量包塊的集合只是計算上使用的一個特殊策略,他自己也不知道為什麼這個辦法就會奏效(劃重點),真正確認這些“能量包”存在的是愛因斯坦(現在知道愛因斯坦地位為什麼這麼高了吧,20世紀兩大物理學支柱,廣義相對論是由愛因斯坦憑藉一己之力思考、孕育出來的,而在量子力學領域,愛因斯坦也起到了至關重要的的作用)。


這個人就不介紹了


他在《關於光的產生和轉化的一個啟發性觀點》這篇論文中是這麼說的“確實現在在我看來,關於黑體輻射,光致發光、紫外光產生陰極射線,以及其他一些有關光的產生和轉化的現象的觀察,如果用光的能量在空間中不是連續分佈的這種假說來解釋.似乎就更好理解。按照這裡所設想的假設,從點光源發射出來的光束的能量在傳播中不是連續分佈在越來越大的空間之中,而是由個數有限的、侷限在空間各點的能量子所組成,這些能量子能夠運動,但不能再分割,而只能整個地被吸收或產生出來。”


這是量子理論誕生的真正宣言,如果說普朗克是量子理論之父的話,那愛因斯坦就是讓這項理論茁壯成長的養育者,也是憑藉這項研究愛因斯坦獲得了諾貝爾獎,但有意思的是愛因斯坦拋棄了他“養育”的理論,之後的發現是如此“荒謬”,以至於他一有機會就抱怨,說這實在太不合理了。


丹尼斯·玻爾


在愛因斯坦之後,也就是20世紀10—20年代,丹尼斯·玻爾(他是愛因斯坦最強勁的對手)繼續引領這一理論的發展。玻爾瞭解到原子內電子的能量和光能一樣,只能是特定值,更重要的是,電子只有在特定能量下才能從一個原子軌道“跳躍”到另一個原子軌道,並同時釋放或吸收一個光子,這就是著名的“量子躍遷”。


而到了1925年,維爾納·海森堡終於為這個新理論列出了方程,從而取代了整個牛頓力學。不過海森堡所依據的理念是非常讓人暈頭轉向的。


維爾納·海森堡


海森堡說,電子並非一直存在,只有在人看到它們時,或者更確切地說,只有和其他東西相作用的時候,它們才會存在。當它們與其他東西相撞時,就會以一個可以計算的概率在某個地方出現。從一個軌道到另一個軌道的“量子躍遷”是它們現身的唯一方式:一個電子就是相互作用下的一連串跳躍,如果沒有受到打擾,電子就沒有固定的棲身之所,它甚至不會存在於一個所謂的“地方”。



在海森伯等人建立了量子矩陣力學的同時,同是的諸位物理學大神不斷為量子理論添磚加瓦,德布羅意提出“物質波”概念,即一切物質粒子均具備波粒二象性,薛定諤建立了量子波動力學。直到1928年,英國物理學家狄拉克完成了矩陣力學和波動力學之間的數學等價證明,對量子力學理論進行了系統的總結,並將兩大理論體系——相對論和量子力學成功地結合起來,揭開了量子場論的序幕。


直到今天,一個多世紀過去了,量子力學的方程以及用他們得出的結果每天都被應用在物理、工程、化學、生物乃至更廣闊的領域中。量子力學對於當代科學的整體發展有著至關重要的意義。沒有量子力學基礎,就不會製造出激光器,就不會有處理器、存儲器,也不會有納米材料、超導材料等等新型材料,可以說沒有量子力學,就不會有今天的信息時代。


但我們也還停留在原點,量子力學的方程對我們依然十分神秘,因為它並不描述一個物理系統內發生了什麼,而只說明一個物理系統是如何影響另外一個物理系統的。這是否意味著系統的真是存在是無法被描述的?是否意味著我們還缺少一塊拼圖?或者,是否意味著我們要接受“所謂的真實是相互作用造成的”?


但有一點可以確認,目前沒有任何生命現象被確認存在量子效應。一些生命現象被猜測可能存在量子效應,但那只是一部分人的假說,從未被證實。宗教、迷信樂意拿量子概念為靈魂、心靈感應拼湊存在的理由;神棍、保健品騙子樂意用量子去“解釋”生命現象,並製造出價格不菲的“量子保健”器材。這些都是騙人的,因為它們統統與量子無關。


吳克思


量子並不神秘。首先,我們要清楚最基本的幾個概念:

量子不是粒子,量子力學與玄學沒有任何關係,也與神學和唯心主義沒有任何關係。量子力學有一套清晰的數學框架,是描述微觀世界亞原子運行的指導書。量子力學最基本的三個概念就是疊加態、測量,量子糾纏態。

量子是現代物理才有的一個重要概念。最早是由普朗克提出的,用於描述自然界規律的基本單位。量子,其實是一個數學概念,是“離散變化的最小的單元”。


一個物理量,如果存在最小的不可分割的單位,那麼我們就說這個物理量是量子化的。簡單的說,量子是能表現出某物質或物理量特性的最小單元。量子力學就證明了宇宙中不可能存在無限小的東西。哲學上的不能解決的終極問題,就這樣被科學所解決了。

那麼,量子的概念是如何產生的呢?1900年10月,由於普朗克解釋黑體輻射現象,將維恩定律加以改良,又將玻爾茲曼熵公式重新詮釋,得出了一個與實驗數據完全吻合普朗克公式來描述黑體輻射。

普朗克提出能與觀測結果很好地符合的簡單公式,實驗物理學家相信其中必定蘊藏著一個尚未被揭示出來的科學原理

普朗克從導出的黑體輻射公式中,成功定義了普朗克常數,並把以量子方式進行的電磁輻射波動的每個量子稱為作用量子。量子成功解決了黑體輻射的實驗現象。

之後,愛因斯坦又運用光量子解決了光電效應(光電效應,是物理學中一個重要現象。在高於某特定頻率的電磁波照射下,某些物質內部的電子會被光子激發出來而形成電流,即光生電。光電現象由德國物理學家赫茲於1887年發現,而正確的解釋為愛因斯坦所提出。科學家們在研究光電效應的過程中,物理學者對光子的量子性質有了更加深入的瞭解,這對波粒二象性概念的提出有重大影響。)的實驗規律,因為這一重大的科學貢獻,諾貝爾物理學獎被頒給了愛因斯坦。

到了21世紀,量子力學還鑄成了諸多高科技成果。例如半導體和超導現象等等。

再到後面就是熟知的量子通信。不過量子通信和傳統的量子理論還是有所區別的。其背後的量子密鑰分發可以建立安全的通信密碼, 通過一次一密的加密方式可以實現點對點方式的安全經典通信. 這裡的安全性是在數學上已經獲得嚴格證明的安全性,,這是經典通信的方式迄今為止做不到的。


懷疑探索者


關於量子,說得最多的概念是量子力學,也就是“量子物理學”,現在又流行談論量子糾纏、量子通信等等。近代物理學體系中的量子力學,是近百年來逐步建立起來的關於微觀物理世界的一系列理論,這些理論不斷地被實驗證實,也同時被新的實驗發現所推動而不斷完善,並且量子力學的很多成果正在給這個世界帶來巨大的變化。

說起量子力學,就必須從普朗克,波爾、德布羅意、薛定諤、海森堡等等一系列物理學大家開始,提及他們的名字和傳記裡的故事都不是問題,可是一旦必須提及普朗克的E=hν,或者海森堡的ΔxΔp≈h等等公式時,讀者們的理解和共鳴瞬間下降,所謂的“簡潔與優美”早已不知跑到哪裡去了。所以,談及量子問題,寧願將量子化看作是一個更有意義的問題會來的更好一些。

何所謂量子化?經典物理學的牛頓F=ma公式中,質量也罷,加速度也罷,都是連續變化的物理量,即,理論上說,或者直覺告訴我們,這些量的變化可以是任意數值,既可以任意大,也可以任意小。而在量子力學中,物理量則有其最小的不可再分的“單位”,權且可以稱之為量子。

說量子化,而不簡單說量子,是強調物理學研究圍觀世界運動規律的全面性,也是物質與運動關係根本性要求的體現。

只是簡單的說及量子,是一種靜態思維方式,泛泛地說,易於直接與單個的電子、單個的質子、或者十個八個中子、光子、中微子等等建立起直觀的聯想和聯繫。由此,大家可以繼續聯想,一個個細胞作為生命的基本結構單元,一分錢作為一種貨幣體系的最小計算單位,一個自然人作為社會團體的基本成員,一顆恆星(或恆星系)作為一個星系的基本單位……這是一種泛量子觀,恐怕不是量子力學的邏輯必然。


郭城3點14壹伍玖


套哥按:近年來,我國在“量子通信”領域的研究喜報頻傳。但是市場上也出現了炒作“量子科技”概念的各種“偽創新”產品。

投資理財怕套路

套哥指路你致富

各位好,今天繼續來聊聊量子的那些事。

今年年初的時候,郭光燦院士公開發表言論,稱目前市面上流行的什麼“量子水、量子肥料、量子藥都是假的”。

近日,有另外一位重量級人物,也坐不住了。

他就是被稱為“中國量子之父”的潘建偉。

在接受媒體採訪的時候,潘建偉希望消費者不要輕信市場上這些炒作的概念。他說: “這些年中國的量子技術做得不錯,量子襪、量子鞋墊都來了。現在民間有一些廠家利用量子的概念來推薦量子包裝的保健品。這些幾乎都是假的,不要受騙上當。”

潘院士還透露了一個身邊的例子,就是他的一個姨媽拿著一條高價買來的“量子吊墜”過來詢問他是不是可以“防癌”,這讓潘院士哭笑不得。

套哥曾扒過龍愛量子的產品,打著量子的偽科學,把產品價格賣到幾十倍甚至上百倍。

為了給投資者洗腦,龍愛量子還拍攝了很多假到不能再假的視頻

下面,套哥拿出其中一個視頻來分析一下。

視頻中,女孩雙手反到背後,剛開始時被一名中年婦女輕易壓倒。

然後,旁邊一男子遞上了一條神奇的“龍愛量子項鍊”,中年婦女給女孩戴上。

下圖為拍攝頻的男子讓小女孩展示戴上項鍊的樣子

戴上“神奇的”量子項鍊後,中年女子直接跳起來“壓”在女孩的身上!

旁邊另外一名胖胖的老年婦女也上前試了一下,也跳起來“壓”在女孩的身上!

至此,一條證明龍愛量子的量子科技產品有多麼牛掰的視頻就誕生了!!!

神不神奇?

厲不厲害?

連院士的親戚都上當

更別說那些普羅大眾了

以上~


無路可套


非常感謝小夥伴“歪瑞影視”的信任和邀請。

從量子力學的角度來說,凡是普朗克常數能起到明顯效應的現象都叫做量子現象。換句話說凡是具有波粒二象性的粒子都可以被稱作是XX量子。

最早提出量子這個詞的是普朗克。

1900年,普朗克引入量子概念,假定黑體以hν為能量單位不連續地發射和吸收頻率為ν的輻射。能量單位hν稱為能量子,h是普朗克常數。基於這個基本假定,普朗克得到了與實驗結果符合得非常好的黑體輻射公式。

緊接著愛因斯坦定義了光量子。

他在解讀光電效應現象的時候完全肯定光除了波動性之外還具有粒子性。他認為光在被髮射和吸收時以能量hν的粒子形式出現,而且以這種形式以光速c在空間中運動。這種粒子叫過光量子或光子。

德布羅意緊隨愛因斯坦之後,提出了物質波的概念。

1924年,得布羅意在光有波粒二象性的啟示下,提出微觀粒子也具有波粒二象性的假說。得布羅意把粒子和波動通過兩個公式聯繫起來。

1927年,戴維遜和革末的電子衍射實驗證實了德布羅意假說的正確性。

他們把電子束正入射到鎳單晶上,觀察散射電子束的強度和散射角之間的關係。他們發現,散射電子束的強度隨散射角而改變,當散射角取某些確定值時,強度有最大值。這個現象與X射線衍射現象相同,充分說明了電子具有波動性。

量子力學作為一個新興的學科基本上確立。

它成為了物理學家們研究微觀世界物質運動的有力工具。儘管我們今天對量子力學的基礎解釋還有很多的爭論和質疑,但是毫無疑問,量子力學在解釋微觀現象上取得了巨大的成功。

總結一下

從前面的分析我們可以看出,所謂的量子,指的並不是某種具體的粒子,而是所有微觀的具有波粒二象性的微觀粒子的統稱。如果站在量子力學的角度,稱呼它們為粒子並不合適。因為不論是粒子還是波,都是經典物理的稱呼。這個時候可以感覺到,我們的語言是多麼的無力。我們找不到更適合的詞來描述這些微觀領域的東西,所以我覺得,叫它們為量子更適合。


郭哥聊科學


量子是20世紀物理學家在試圖解釋一些物理現象時提出的,從字面意思理解,量子代表的就是分立的,一份一份的,是用於描述微觀世界自然規律的基本單元。我們最容易認知的原子、原子核和電子是一個一個的,可以認為是一種廣義上的量子。但物理學中的量子絕不僅限於此,而且要豐富地多。光子、能量子、自旋都可以認為是一種量子的概念。需要注意的是,量子不僅具有分立的特性,而且具有波的特性。這就是所謂的波粒二象性。

相關歷史

量子概念的提出是對經典力學的挑戰,具有很重要的歷史意義,是人類對物質世界認知的一大突破。但其實量子的概念是上個世紀初很多解釋不了的實驗數據所催發的一個必然產物。

  • 1900年,量子的概念首先由普朗克提出,成功解釋了當時的“黑體輻射”數據;
  • 1905年,愛因斯坦提出了光量子的概念,成功解釋了當時“光電效應”的實驗規律;
  • 1913年,玻爾受到光譜學中巴耳末公式的啟發,提出了基於量子概念的氫原子模型,成功地解釋了氫原子的不連續光譜。

量子現象

微觀世界是量子化的,是我們認知微觀世界所必須的一個最基本的概念,同時也是很多新奇物理效應(比如超導)的微觀根源。我們在這裡介紹幾個比較典型的量子以及和其有關的有趣物理現象,來幫助大家認識量子的概念。

  1. 電子和能量量子:電子的能量是量子化的,並不是能取所有的值。多電子原子的電子分佈在不同的軌道上,能量或者說電子的狀態也會有所不同。更深入的知識告訴我們,電子的位置是不能確定的,而是具有一定的不確定性。我們只能用它在空間某一點出現的概率去描述它,因此就出現了各種各樣的電子雲,如下圖。

    圖1. 不同形狀的電子狀態(電子雲,圖片來自於wikipedia:Atomic orbital)

  2. 光子:由於電子的能量是分立的,電子在不同狀態之間變化時(專業術語叫量子躍遷),便有可能發射出光子,因此光子的能量也是量子化的。圖2. 兩個不同能量的光子,光子頻率也是不同的,紫色的光子能量要比黃色的高(圖片來自於wikipedia: Photon)

  3. 自旋:自旋的全稱是自旋角動量量子數,因此,首先它是一個數,例如電子的自旋是1/2;其次,角動量是有方向的,而量子化的自旋角動量方向也是分立的,只有上下兩個方向,因此電子的自旋只有+1/2和-1/2兩種。電子自旋和宏觀材料的磁性具有很密切的關係,他們都有兩個方向,這是我們最容易認識到的二者之間的共性。圖3. 電子自旋示意圖


量子世界的許多怪異的結論導致了很多出乎意料的現象。我們最常聽到的就是超導了,這是一種在某個臨界溫度以下電阻為零的狀態,對於電流傳輸而言,超導材料是無損耗的,因此具有極大的應用價值。而之所以超導,究其內因,就是和量子世界的規律緊密相關的。

圖4. 利用超導線圈提供磁場的核磁共振系統

量子與現代科技生活

毫不誇張地說,沒有量子就沒有現代科技生活,就沒有現在的信息高速公路,也就沒有我們身邊的智能手機、筆記本電腦,還有我們時時刻刻都離不開的數據流量和WiFi。

為什麼這麼說呢?現代的科技生活,究其根源,是由於半導體工業的巨大發展提供了足夠好的硬件條件。而半導體工業中使用的半導體材料,其優良的性質就是跟量子的概念緊密相關的。最常用的硅基半導體,就是在量子力學的基礎上研究發展起來的。由於涉及到了更深入的物理,這裡便不再多說了。

圖5. 半導體芯片


量子驛站


《機器人與未來人》人類的發展與科技的進步是密不可分的,而科技的發展將人類帶向永恆。1,人類的第一次革命。使用工具,提高了人類的生產力及與大自然的抗衡能力。2,以蒸汽機為代表的第一次工業革命,解放了人類的雙手。3,以電力運用及汽車的普及為代表的第二次工業革命,解放了人類的雙腳。4,以計算機及互聯網人工智能(就是現在)為代表的第三次工業革命,解放了人類的大腦。5,以基因工程為代表的生物革命,揭示了生命的科學規律。6,以智能機器人為代表的第四次工業革命,將智能機器人代替了人的思維及工作,人類得到了徹底解放。7,以神經元生物計算機為代表的第五次工業革命,人類開始造人(婚姻消失)。8。以人(生物體)機相融的生物機器人為代表的工業革命,將人除大腦外所有器官可進行移植或嫁接,將人的壽命固定在腦死亡。9,以生物芯片為代表的工業革命,將人腦中所有的記憶及思維模式轉移新的生物大腦。人類的軀體包括腦死亡以後人的記憶思維仍以生命的形式存活下來,人已成為不死之人。人的思維及記憶可以下載,軀體只是一個平臺,人可以改變形態生活在任何平臺上,人的概念將重新定義。人類運用量子糾纏原理將人的記憶和思維象傳真一樣進行遠距離傳送。10,將全地球所有人類的記憶及思維集成在一塊生物芯片上,人類將獲得永生。11,以高度集約式能量儲存器後產生為標誌,人類將可以生存在任何環境下的星球上,人類離開地球,走向星辰。12,有無數人的記憶思維智慧集成在一起,組成一新的生命體,形成了一個超星人。


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