走近量子世界

本期主角：量子

主角英文名：quantum

量子的含义：不可分割的基本个体

最早提出者：普朗克（德国物理学家）

提出时间：1900年

所属领域：量子物理学

经典力学之父牛顿

量子物理学创始人普朗克

什么是量子

1 7世纪，英国科学家牛顿提出的“牛顿三定律”和“万有引力定律”，建立了一门全新的学科——经典力学。运用经典力学中的一些理论，人们可以解释生活中遇到的很多问题，甚至可以计算出太阳何时升起，预计月亮什么时候盈缺。

的确，经典力学可以解决宏观世界里的很多问题，可放到微观世界里，就行不通了。譬如一块大石头可以被砸成小石块，小石块可以被分割成小石粒，小石粒可以被磨成石粉……可到最后，微小的粒子无论如何都不能被分割了。这是怎么回事呢？用经典力学的原理解释不通。德国科学家普朗克提出的原子论很好地解释了这一问题：无法分割的物质叫原子，是构成物体的基本单位。构成物体的基本单位是不能被分割的，世界上所有的物质都是由原子构成的。以这一理论为基础，经过爱因斯坦、玻尔、海森伯等科学家的研究完善，一门解释与研究微观世界的学科——量子物理学诞生了。

爱因斯坦在研究光的传播过程中引进了量子学概念，提出光是一种粒子，即光子，具有波动和粒子的性质，并发现了光电效应，把量子物理学又向前推进了一步。他因此获得了1 9 2 1年的诺贝尔物理学奖。

量子物理学有什么用

量子物理学看起来好高深啊，在实际生活中有什么用吗？在现实生活中常见的遥控器、X光片，都运用了量子物理学。这两种东西看起来不相干，其实它们的原理是相同的——运用了光波的不同频率。光波就是指光在传播过程中的振动现象。光波是有能量的，频率越高，光波的能量就越大。用物理学家的专业术语说，波长越短，能量就大。

L E D灯的发明者是三位日本科学家，他们获得2 0 1 4年诺贝尔物理学奖

我们眼睛能看到的光叫可见光。可见光的频率范围介于红色光与紫色光之间，其中红色光的波长最长，能量最低，紫色光的波长最短，量能最高。比红光能量更低的叫红外线，利用红外线，可以制成夜视仪，在黑暗中寻找物体，也可以制成遥控器。比紫光能量更高的是紫外线，人们长时间暴晒在太阳底下，皮肤会被紫外线晒伤。比X射线比紫外线能量更高，穿透力很强，去医院体检拍X光片时，用的就是X射线。

另外，激光的使用，L E D（发光二极管）灯和普通计算机的发明，都是量子物理学的运用，给人类的生活带来了极大的便利。

量子物理学的未来

复印机可以复制文字和图片，3 D打印技术可以复制房子、汽车甚至人体器官，而被复制的东西不会发生任何改变。在量子世界里，量子是不能被复制的。如果把一个量子的信息全部复制到一堆原材料里，那么被复制的那个量子就会在原来的位置上消失，这就是量子传输。科幻电影《星际迷航》中有这样一个情节——柯克船长和他的部下走进一个房间，一束光打下来，他们就消失了，出现在另一个地方……这个过程就是典型的量子传输——通过一台量子传输机，瞬间把他们传输到其他地方。事实上，目前的量子传输还处于实验阶段。

我国科学家潘建伟和他的团队通过墨子号通讯卫星，把一对纠缠光子传输到1 2 0 0千米以外，是目前量子传输最先进的举动。

量子计算机是未来量子物理学运用的一大趋势。量子计算机是由美国物理学家费曼在2 0世纪提出来的，但至今还处于实验阶段。和普通的计算机相比，量子计算机的计算速度要快得多。譬如，用超级计算机天河二号通过计算去破解一道密码需要好几百年，而量子计算机只要几秒钟就可以了。科学家预言，有了量子计算机，真正的人工智能时代才会到来。

“墨子号”量子卫星

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