午夜无码无遮挡在线视频_人人狠狠综合久久88成人_欧美成人影院亚洲综合图_人妻无码系列一区二区三区_国产女人高潮抽搐喷水视频_国产日韩在线视看高清视频手机_人禽无码视频在线观看_日韩无套无码精品_日韩精品人妻AV一区二区三区_久久精品亚洲成在人线AV麻豆,最新国产在线男人的天堂,狠狠色丁香五月综合婷婷,久久国产精品一级青青久久久久精品亚洲AV中文

400-004-0551

news center

新聞中心

你完全可以理解量子信息(1) | 袁嵐峰

發(fā)布時間:2023-02-07 11:05:35  信息來源:  閱讀次數(shù): 9731 次

導(dǎo)讀

量子究竟是個什么,?難道是比原子,、電子更小的粒子嗎?其實不是,。量子跟原子,、電子根本不能比較大小,,因為它的本意是一個數(shù)學概念,,就是“離散變化的最小單元”。離散變化是微觀世界的一個本質(zhì)特征,,準確描述微觀世界的物理學理論就是“量子力學”,。

近年來,你肯定看到了越來越多與“量子”有關(guān)的科技新聞,。2016年8月16日,,我國發(fā)射世界上第一顆量子科學實驗衛(wèi)星“墨子號”,更是全球轟動,。但你如果想了解量子科學,,在網(wǎng)絡(luò)上看到的又大多是各種玄而又玄、莫名其妙的說法,,什么“沒有人懂得量子力學”啦,,“超時空的瞬間作用”啦,“上帝不擲骰子”啦,,越看越糊涂,。你不禁會嘀咕:也許這么高深的東西,本來就超出了我的理解范圍,?

“墨子號”量子衛(wèi)星發(fā)射

對此,,本文想說的是:

不要放棄治療!

好啦,,這是開個玩笑,。實際的意思是,量子科學是完全可以理解的,,絕不是什么無法言傳的東西,。只要認真閱讀本文,我相信你一定可以對這門學科得到相當深入的理解,。

深入到什么程度呢,?至少可以超過絕大多數(shù)的媒體記者和吃瓜群眾。以后再看到相關(guān)的新聞,,你就會明白說的是什么事,,背景是什么,具有什么樣的意義了,。畢竟,,科學的本質(zhì)是樸實無華的,任何道理都可以向人解釋清楚,。如果你厭倦了種種故弄玄虛的炒作,,真心想學習一些“干貨”,那么本文絕對是你的菜。

當然,,完全讀懂本文并不是一件像喝“雞湯”那樣容易的事,。全文近4萬字,你可能需要分幾次才能讀完,。而且這篇文章講的是貨真價實的科學原理,,真要透徹理解,還是需要具有一定的基礎(chǔ),,并集中注意力去思考的,。需要什么樣的基礎(chǔ)呢?也許是高中的水平……如果你真的很用心去讀,,說不定初中也行?。ㄐW生:不要歧視我們!)

咳咳,,無論你的基礎(chǔ)是什么樣的,,只要認真閱讀和思考本文,你肯定會有所收獲,。好,,讓我們開始這場量子之旅??酆冒踩珟?,我們要發(fā)車了!

01

“量子”是什么,?

量子科學之所以顯得神秘,,首先這個名字就是一大原因。

看到“量子”這個詞,,許多人在“不明覺厲”之余,,第一反應(yīng)就是把它理解成某種粒子。但是只要是上過中學的人,,都知道我們?nèi)粘R姷降奈镔|(zhì)是由原子組成的,,原子又是由原子核與電子組成的,原子核是由質(zhì)子和中子組成的,。那么量子究竟是個什么鬼?難道是比原子,、電子更小的粒子嗎,?

其實不是。量子跟原子,、電子根本不能比較大小,,因為它的本意是一個數(shù)學概念。正如“5”是一個數(shù)字,“3個蘋果”是一個實物,,你問“5”和“3個蘋果”哪個大,,這讓人怎么回答?正確的回答只能是:它們不是同一范疇的概念,,無法比較,。

量子這個數(shù)學概念的意思究竟是什么呢?就是“離散變化的最小單元”,。

什么叫“離散變化”,?我們統(tǒng)計人數(shù)時,可以有一個人,、兩個人,,但不可能有半個人、1/3個人,。我們上臺階時,,只能上一個臺階、兩個臺階,,而不能上半個臺階,、1/3 個臺階。這些就是“離散變化”,。對于統(tǒng)計人數(shù)來說,,一個人就是一個量子。對于上臺階來說,,一個臺階就是一個量子,。如果某個東西只能離散變化,我們就說它是“量子化”的,。

上臺階

跟“離散變化”相對的叫做“連續(xù)變化”,。例如你在一段平路上,你可以走到1米的位置,,也可以走到1.1米的位置,,也可以走到1.11米的位置,如此等等,,中間任何一個距離都可以走到,,這就是“連續(xù)變化”。

顯然,,離散變化和連續(xù)變化在日常生活中都大量存在,,這兩個概念本身都很容易理解。那么,,為什么“量子”這個詞會變得如此重要呢,?

因為人們發(fā)現(xiàn),離散變化是微觀世界的一個本質(zhì)特征。

微觀世界中的離散變化包括兩類,,一類是物質(zhì)組成的離散變化,,一類是物理量的離散變化。

先來看第一類,,物質(zhì)組成的離散變化,。例如光是由一個個光子組成的,你不能分出半個光子,、1/3個光子,,所以光子就是光的量子。陰極射線是由一個個電子組成的,,你不能分出半個電子,、1/3個電子,所以電子就是陰極射線的量子,。

在這種情況下,,你似乎可以拿量子去跟原子、電子比較了,,但這并沒有多大意義,,因為它是隨你的問題而變的。原子,、電子,、質(zhì)子、中子,、中微子這些詞本身就對應(yīng)某些粒子,,而量子這個詞在不同的語境下對應(yīng)不同的粒子(如果它對應(yīng)粒子的話)。并沒有某種粒子專門叫做“量子”,!

再來看第二類,,物理量的離散變化。例如氫原子中電子的能量只能取-13.6 eV(eV 是“電子伏特”,,一種能量單位)或者它的1/4,、1/9、1/16 等等,,總之就是-13.6 eV除以某個自然數(shù)的平方(-13.6/n2 eV,,n可以取1、2,、3,、4、5等),,而不能取其他值,例如-10 eV、-20 eV,。我們不好說氫原子中電子能量的量子是什么(因為不是等間距的變化),,但會說氫原子中電子的能量是量子化的,位于一個個“能級”上面,。每一種原子中電子的能量都是量子化的,,這是一種普遍現(xiàn)象。

氫原子能級

發(fā)現(xiàn)離散變化是微觀世界的一個本質(zhì)特征后,,科學家創(chuàng)立了一門準確描述微觀世界的物理學理論,,就是“量子力學”。現(xiàn)在你可以明白,,這個名稱是怎么來的,,它其實是為了強調(diào)離散變化在微觀世界中的普遍性。量子力學出現(xiàn)后,,人們把傳統(tǒng)的牛頓力學稱為“經(jīng)典力學”,。

對普通民眾來說,量子力學聽起來似乎很前沿,。但對相關(guān)專業(yè)(物理,、化學)的研究者來說,量子力學是個很古老的理論——已經(jīng)超過一個世紀了,!

量子力學的起源是在1900年,,德國科學家普朗克(Max Planck)在研究“黑體輻射”問題時,發(fā)現(xiàn)必須把輻射攜帶的能量當作離散變化的,,才能推出跟實驗一致的公式,。在此基礎(chǔ)上,愛因斯坦(Albert Einstein),、玻爾(Niels H. D. Bohr),、德布羅意(Louis V. de Broglie)、海森堡(Werner K.Heisenberg),、薛定諤(Erwin R. J. A. Schr?dinger),、狄拉克(Paul A. M. Dirac)等人提出了一個又一個新概念,一步一步擴展了量子力學的應(yīng)用范圍,。到1930年代,,量子力學的理論大廈已經(jīng)基本建立起來,能夠?qū)ξ⒂^世界的大部分現(xiàn)象做出定量描述了,。

(未完待續(xù))

背景簡介:本文作者為袁嵐峰,,中國科學技術(shù)大學化學博士,中國科學技術(shù)大學合肥微尺度物質(zhì)科學國家實驗室副研究員,,科技與戰(zhàn)略風云學會會長,。


Top