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张朝阳:量子力学不是玄学 它每时每刻都发生在生活中

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1. 量子力学与生活的联系
   物质的稳定性
     在日常生活中,我们周围的物质(如桌子、椅子等固体)能够保持稳定的形状和结构,这与量子力学息息相关。从量子力学的角度来看,原子中的电子具有特定的能量状态,这些离散的能量状态决定了原子之间的化学键的性质。
     例如,在分子中,电子通过量子力学规律在原子之间形成化学键,使得分子能够稳定存在。如果没有量子力学所描述的电子的量子态和相互作用,原子就无法以稳定的方式结合成分子,物质的稳定性就无法得到解释,我们周围的一切物质可能就会处于不断变化甚至瓦解的状态。
   电子设备的运行
     现代电子设备,如电脑、手机等,其运行原理也基于量子力学。半导体材料是现代电子技术的核心,而半导体的特性是由量子力学所描述的电子在晶体中的行为决定的。
     在半导体中,电子的能带结构(这是量子力学概念)决定了电子的导电性。通过对半导体进行掺杂等操作,可以控制电子的流动,从而制造出诸如晶体管等基本电子元件。晶体管是现代电子设备中逻辑电路的基本构建块,数以亿计的晶体管集成在芯片上,实现了信息的处理、存储和传输等功能。
   光的特性与应用
     量子力学对光的解释使许多光相关的技术成为可能。例如,激光就是一种基于量子力学原理产生的特殊光源。在激光产生过程中,涉及到原子或分子的能级跃迁以及受激辐射的量子现象。
     激光在日常生活中有广泛的应用,如激光打印、激光切割、光纤通信等。光纤通信利用激光在光纤中传输信号,由于激光的高频率和相干性(这些特性源于量子力学),可以在光纤中实现高速、大容量的数据传输,从而构成了现代互联网通信的基础。
2. 打破对量子力学的误解
   量子力学常常被人们认为是玄学,主要是因为它的一些概念与经典物理学的直观概念相差很大。例如,量子叠加态、量子纠缠等现象。
   量子叠加态意味着微观粒子可以同时处于多个状态的叠加,就像一个量子比特(qubit)不仅可以表示0或1,还可以是0和1的任意叠加态。量子纠缠则是指两个或多个粒子之间存在一种特殊的关联,即使它们在空间上分离,对其中一个粒子的测量会瞬间影响到其他纠缠粒子的状态,这种影响似乎是“超距”的。
   然而,这些现象虽然奇特,但都是经过大量精确的实验验证的科学事实,并且已经在实际应用中发挥着重要作用,并不是玄学或者虚幻的概念,而是实实在在每时每刻都在影响着我们生活的科学原理。
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