物理学中宏观与微观之间是否有界限?物质在什么尺度以上就无法体现其量子特性了?

清明的星空


物理学中宏观与微观之间是否有界限,物质在什么尺度上就无法体现其量子特性了?

十分高兴悟空问答官方帐号信任我。物理学中宏观与微观的界限,我认为中学物理课应当讲过,原子以上物质应当为宏观,小于原子的物质应当即为微观。原子及大于原子的物质不可能体现量子特性了。

目前中国🇨🇳量子通讯己经北京至上海试用,会很快速发展。量子计算机也在研究创新中。信息产业是我国与世界强国竞争的激烈阵地。我国暂主导了量子通讯,量子计算机在竞争中快速发展。

我以四大块来回答,让每位读者都清楚是什么。第一块简单叙述量子特性。第二块简单叙述微观粒子。第三块叙述双缝干涉。第四块叙述量子纠缠。

首先说量子特性。量子是物理概念,上世纪四十年代由爱因斯坦提出,他发现了量子纠缠现象,但在当时条件下,力学,数学,物理学,电学,光学,都还没有办法测量计算定性。量子特性用白话讲,即量子的能量转换,信息传递等的量子基本功能。

第二个块别:微观粒子。

微观粒子就是在波粒二象中,更多表现为波动性的粒子,一般体现为波长。电子及以下(中子,质子,原子,分子是实物粒子)都可以认为是微观粒子。我们可以把大量的基本粒子的构成分为三类:纯单个粒子,中徽子,电子,大统一粒子,夸克。第二类:由两个基本粒子合成的粒子,如n介子,w,Z玻色子。第三类:由三个基本粒子合成的粒子,如中子,质子及其它强子。

粒子的质量,合成粒子的质量,质量转换关系,运算等不在这里叙述了。

第三块:双缝干涉。平行的单色光投射到一个有两条狭缝的挡板上,狭缝相距很近,平行光的光波会同时传到狭缝它们就成了两个振动情况总相同波源,它们发出的光在挡板后面空间相互叠加,即发生干涉现象。这是波的干涉物理试验。单色光,当屏与狭缝路经差是半波长偶数倍,则两例波峰叠加,波谷叠加,形成亮条纹。当屏与狭缝路经差是半波长奇数时,波峰跟波谷叠加,光波振幅互相抵消,出现暗条纹。这里量计算省略。这就是双峰干涉。

第四块:量子纠缠。

这是一个物理概念。在量子力学里,当几个粒子在彼此相互作用后,由于各个粒子所拥有的特性己综合成整体性质,无法单独描述各个粒子的性质,则称为这现象为量子纠缠。量子纠缠是一种纯粹发生于量子系统的现象,在经典力学里,找不到类似现象。量子纠缠的提出者是爱因斯坦,波多尔斯基。量子纠缠概念提出的历史,数学表述,纠缠度量,案例等不在这里叙述。

量子纠缠是一种物理资源。应用量子纠缠的机制于量子信息学,可以做成平常不可行的事情。如中国🇨🇳量子通讯。量子密钥分发:能够使通讯双方共同拥有一个随机安全的密钥,来加密和解密信息,保证通讯安全。还可以应用于量子计算机。

目前,量子通讯,量子计算机,已是全球大国强国👍相互竞争的信息工程,因为它可以形成万亿大产业,可以把人类的信息平台做得无限大,更安全可靠,量子计算机可以让大数据计算平台番亿倍,帮助人类解决重大计算,设计,超大量存储分析,太空工程,生命工程,超级化工合成等等重大科学技术问题都有可能快速解决。

我己从学术角度,对问题进行叙述,省略物理数学及工程问题,尽量用白话叙述。希望帮助读者深厚了解量子纠缠及相关问题。

谢谢各位读者!


北京大刘


宏观与微观之间有一个尺度,那就是所谓的“介观”。

以我的理解,原子尺度叫做微观,大概是1纳米以下。然后尺度朝上走,到了可见光波长,比如500纳米以下,这可以叫做介观。而比500纳米更大的,我们人类的眼睛就可以看到了,这个就可以叫做宏观。所以,你问我宏观与微观之间的界限,我觉得可以以1纳米到500纳米这个尺度作为分界线。当然这个事情不是绝对的,不同的人可以有不同的想法,但大体如此,不能跑偏。

然后,你提到的量子特性,则比较复杂。微观的东西,肯定是量子的,这个没问题的。但其实这与温度有关,日光灯里的电子与光子,虽然也有量子性,但我们更愿意叫它等离子体。因为对日光灯来说,你用量子力学去研究它,发现很难。

然后呢?不是说宏观就没有量子效应,比如超导,那么大的一块超导磁铁,就是宏观量子效应。为什么能体现量子性,本质上还是有低温保护,所以才量子。因此你问我在上面尺度上就不能体现量子特性了,这个是没有答案的。黑洞那么大,黑洞表面的黑体辐射就是量子效应。所以,你的问题的答案是不固定的,要具体情况具体分析。


潇轩


没有界限。只是后面的运行规则没找到而已。如果说有界限,不同层级物质状态就是天然的界限。比如物质的固态液态气态就是宏观状态下具有的界限,当条件发生变化,状态发生质的变化。所以我认为量子微观世界跟宏观世界本质上是没有界限的,但是有相对的界限存在,如同水的不同状态,在不同状态下,它们拥有不同的物理化学等性质,以及其它方面的特性变化,但本质都是水结构。量子世界与更聚合的大规模宏观世界也应该有类似的突变特性。本质仍然是量变与质变关系。但是最宏观世界,在它的微观层面上,不管宏观多么不同,微观层面应该是一致的运行规则。


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