03.04 量子的特性会不会对现实生活产生影响?

段槿年


好吧,这其实是一个让我有点哭笑不得的问题,量子的特性本来就是这个世界上真实存在的呀,在我们的物理学没有达到足够的高度之前,我们就只是对它不了解而已,但并不代表它不存在,或者是在发现后才对我们的生活造成了影响。在人类发现细菌之前,就不生病了吗?

所以我想介绍一些非常有趣的,生活中一直存在的量子力学问题,这其中有很多到现在也还没有真正解决,不过你在听了之后一定会感慨——真的是太有意思了。

在初中物理我们就学过平面镜的反射原理,但是你有没有想过,为什么光的入射角与出射角一定相等?

物理学家与常人的思维模式是不一样的,多数人看来是一个理所当然的事件,在科学家眼中却大有文章可作。其实这个问题与另外两个看上去“更像问题”的问题本质是一样的,它们分别是“光为什么会折射”与“光为什么会发生全反射”。

在你可以找到的一些解释中,会这么表达——光只走最近的路径。这是什么意思呢?也就是说你在光经过介质后的空间任意寻找一点,并在光源与这个点间画无数条路径,那么只有在现实世界中发生折射或反射的路径才是耗时最短的。

这个解释从结果上来说虽然是正确的,但是无疑会让人非常疑惑:

1、光的传播也需要时间,那它是如何在到达之前就已经知道这条路径是最短的呢?

2、当我在前一句中用“知道”这个词的时候就仿佛在承认量子是有意识的,但很显然这并不符合唯物主义世界观。

当然,这种解释只是一个权宜之计,并不代表真相,仅仅是从结果上来说能局部逻辑自洽而已。比如在过去,人们会认为南方密林中的瘴气非常致命,其实真相是蚊子传染的疟疾与登革热等疾病而已,不过至少有一点说对了——远离森林会更安全。

只要再稍微扩展一下,同一种现象的另一种形式下这种理解方式就立即失效了,比如全反射。当光从折射率高的介质向折射率低的介质传播,当入射角大于一个极限值时,光就无法突破而被完全地反射回来,“全”就是这个意思。

那么光为什会有这样的特性呢?因为光子其实就是一种量子,所以光的传播自然也就归量子力学管了。著名物理学家费曼曾经提出过一个可能的解决方法,叫“

费曼路径积分”,他假设光在传播的时候其实是同时通过了所有的可能路径,然后这些路径之间发生了相互影响,最终显示出来的就是路径最短的那一条。

这一过程类似波现象中的“驻波”,即复数个波在满足特定条件下会因相互增强或相互消除而呈现出一种“看似稳定”的状态。而我们看到的光的折射路径正是无数路径相互增强削弱最终呈现出的结果。

这个理论同样可以解释全反射现象,一般来说在介质的分界面上反射与折射是同时存在的,但是当入射角足够大的时候,用费曼路径积分的公式可以计算出,低折射率介质的一侧无论如何都无法形成驻波,于是表现为光无法突破。

用费曼路径积分的公式可以计算量子路径中的很多问题。还记得单光子干涉实验中的反经验之处吗,为什么一个光子也能知道自己面对的是一条缝而不是两条缝?这同样可以用费曼路径积分进行计算与解释——那个单光子并不是一个坚硬的,不可分离的小球,它同样是无数“虚光子”的叠加驻波,所以它可以同时通过两条缝。

费曼的理论当然比“最短路径”理论要好用得多,不过理所当然,这也不一定是真相,只是一个相对更好理理解与计算的模型(我们几乎可以肯定不是真相,只是一个特别好用的理论计算模型而已)。

费曼先生也曾说过:“没有人真正懂量子力学”。是的,以目前的物理水平,我们已经可以利用量子为制造计算机或是保密通信,但是我们还是不能理解它们的运作原理。这就像是一个熟练的训兽师,他虽然可以让老虎狮子乖乖听话,但还是对这些猛兽大脑皮层中的反射一无所知。

你看,就算是光的反射这种极端习以为常的现象,背后都是最高深最前沿的量子力学课题,可见量子力学实在是太常见了,它在我们已知的几乎所有物理现象中发挥着作用。

“我和我的量子力学,一刻也不能分割~~~~”

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酋知鱼


量子技术,其实一直在你我身边

虽然听着很高大上,好像离我们普通人很遥远的样子,但其实我们已经可以见到量子技术给我们的生活带来的变化了。

陌生的量子,不陌生的晶体管

美国《探索》杂志在线版给出的现实世界中量子力学的一大应用,就是大家相当熟悉的晶体管。

1945年的秋天,美国军方成功制造出世界上第一台真空管计算机——ENIAC。 根据当时的记载,这台庞然大物总重量超过30吨,占地面积接近一个小型住宅,总花费高达100万美元。如此巨额的投入,注定了真空管这种能源和空间消耗大户,在计算机的发展史中只能是一个过客。因为彼时,贝尔实验室的科学家们已在加紧研制足以替代真空管的新发明—— 晶体管。

晶体管的优势在于它能够同时扮演电子信号放大器和转换器的角色。 这几乎是所有现代电子设备最基本的功能需求。但晶体管的出现,首先必须要感谢的就是量子力学。

正是在量子力学基础研究领域获得的突破,斯坦福大学的研究者尤金·瓦格纳及其学生弗里德里希·塞茨得以 在1930年发现半导体的性质——同时作为导体和绝缘体而存在。 在晶体管上加电压能实现门的功能,控制管中电流的导通或者截止,利用这个原理便能实现信息编码,以至于编写一种1和0的语言来操作它们。

此后的10年中,贝尔实验室的科学家制作和改良了世界首枚晶体管。 1954年,美国军方成功制造出世界首台晶体管计算机TRIDAC。 与之前动辄楼房般臃肿的不靠谱的真空管计算机前辈们相比,TRIDAC只有3立方英尺大,功率不过100瓦。今天,英特尔和AMD的尖端芯片上,已经能够摆放数十亿个微处理器。而这一切都必须归功于量子力学。

不确定的量子,极其确定的时钟

作为普通人,一般是不会介意自己的手表快了半分钟,还是慢了十几秒。 但是,如果是像美国海军气象天文台那样为一个国家的时间负责,那么这半分半秒的误差都是不被允许的。好在这些重要的组织单位都能够依靠原子钟来保持时间的精准无误。这些原子钟比之前所有存在过的钟表都要精确。其中最强悍的是一台铯原子钟,能够在2000万年之后,依然保持误差不超过1秒。

看到这种精确的能让人紊乱的钟表后,你也许会疑惑难道真的有什么人或者什么场合会用到它们?答案是肯定的,确实有人需要。比如航天工程师在计算宇宙飞船的飞行轨迹时,必须清楚地了解目的地的位置。不管是恒星还是小行星,它们都时刻处在运动当中。同时距离也是必须考虑的因素。一旦将来我们飞出了所在星系的范围,留给误差的边际范围将会越来越小。

那么,量子力学又与这些有什么关系呢? 对于这些极度精准的原子钟来说,导致误差产生的最大敌人,是量子噪声。它们能够消减原子钟测量原子振动的能力。现在,来自德国大学的两位研究人员已经开发出,通过调整铯原子的能量层级来抑制量子噪声程度的方法。它们目前正在试图将这一方法应用到所有原子钟上去。毕竟科技越发达,对准时的要求就越高。


雨中思


早就影响了,凡是有电子产品的地方就有量子理论的身影。但是从量子理论延伸出的平行宇宙(也叫多重宇宙)理论、虚拟世界、意识决定现实等超前思想还只是科幻中的题材,并没有真的影响现实生活。

量子理论诞生于1900年,普朗克常数即是量子的基本单位,也是这个宇宙的最小单位,也就是说客观世界的物质和能量不能被无限分割,最小只能分割到普朗克常数。

量子理论从一个侧面反驳了飞矢不动和龟兔赛跑中兔子永远追不上乌龟的诡辩(一般认为微积分可以解释这类诡辩,但似乎从量子理论可以延伸到现实世界的时间不能被无限分割,这更形象)。

要特别说明的是爱因斯坦为量子理论作出了巨大贡献,他用光量子概念完美解释了光电效应现象,并因此获得诺贝尔奖(相对论据说是超出诺奖的)。但量子理论完全否定了客观世界的定域性,这让爱总无法接受,说出了“上帝不掷骰子”的名言。

虽然后来证明量子理论是正确的,但现实中的人们可能还是跟爱总一样,仍相信这个世界是客观实在的。毕竟我们都不可能承认,起床后的我们其实还是在梦境中;甚至于说白天的生活其实是梦境,而梦里的场景才是真正的现实。


远去的岁月


1、不确定性原理即观察者不可能同时知道一个粒子的位置和它的速度,粒子位置的总是以一定的概率存在某一个不同的地方,而对未知状态系统的每一次测量都必将改变系统原来的状态。也就是说,测量后的微粒相比于测量之前,必然会产生变化。2、量子不可克隆量子不可克隆原理,即一个未知的量子态不能被完全地克隆。在量子力学中,不存在这样一个物理过程:实现对一个未知量子态的精确复制,使得每个复制态与初始量子态完全相同。3、量子不可区分量子不可区分原理,即不可能同时精确测量两个非正交量子态。事实上,由于非正交量子态具有不可区分性,无论采用任何测量方法,测量结果的都会有错误。4、量子态叠加性量子状态可以叠加,因此量子信息也是可以叠加的。这是量子计算中的可以实现并行性的重要基础,即可以同时输入和操作个量子比特的叠加态。5、量子态纠缠性两个及以上的量子在特定的(温度、磁场)环境下可以处于较稳定的量子纠缠状态,基于这种纠缠,某个粒子的作用将会瞬时地影响另一个粒子。爱因斯坦称其为“幽灵般的超距作用”。6、量子态相干性量子力学中微观粒子间的相互叠加作用能产生类似经典力学中光的干涉现象。

扩展资料:

量子力学问题:按动力学意义上说,量子力学的运动方程是,当体系的某一时刻的状态被知道时,可以根据运动方程预言它的未来和过去任意时刻的状态。量子力学的预言和经典物理学运动方程(质点运动方程和波动方程)的预言在性质上是不同的。在经典物理学理论中,对一个体系的测量不会改变它的状态,它只有一种变化,并按运动方程演进。因此,运动方程对决定体系状态的力学量可以作出确定的预言。量子力学可以算作是被验证的最严密的物理理论之一了。至今为止,所有的实验数据均无法推翻量子力学。大多数物理学家认为,它“几乎”在所有情况下,正确地描写能量和物质的物理性质。参考资料来源: ------------- 如果我回答对你有帮助,请关注我一下。或有其他问题也可以关注我,给我发私信

蔓莓爱运动


量子的特性会不会对现实生活产生影响?如果是量子特性在科学上的应用会对我们生活产生影响,能给我们生活带来很多方便,比如量子通信,量子力学的开发应用等。如果是物质世界的存在的量子,答案是量子不会影响人类的现实生活。在我们尚未认知量子之前,量子就一直存在,而且我们无时无刻不生活在量子的世界中,比如可见光(光量子)及其他波段的电磁波等都一直都在我们身边。今天我们认知了量子的一些特性,是对这些特性加以认识和利用而已。


寰宇光科技


量子特性的研究己接近微观世界前沿,如有重大突破,将是划时代的里程碑。所谓量子纠缠即感应反映,令科学家困惑百年。相信随着科技发展,定能证求到完美解剖,并为人类事业作出卓越贡献。


万卫国


不会,农民还是农民,打工仔还是打工仔,30元斤猪肉不会降到3元,


霜叶9975


量子特性研究成果,一旦被应用,对社会生产生活将是颠覆性的改变。比如量子计算机,可以比电子计算机运算速度快上亿倍。


骨头无畏牛刀


每次科技的发展、进步、创新,都为人类的前行带来了动力,很多时候是翻天的变化,科技是第一生产力。量子力学的发展如果不存在伪,必将给世界创造新的、伟大的变化。


倍儿爽8


量子现象说明梦境就是量子活动,做梦特别逼真是另一个自己!


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