量子力学及其应用现状初探

姚闰晨

摘 要：量子力学作为现代物理学中的重要分支，其亦是用以描述微观化粒子变化规律的一种学术理论。量子力学的产生与发展均对社会创新和科学进步带来不可忽视的影响。因此，本文从量子力学出发，分析了量子力学的发展过程与基本特征，并就其应用现状展开探讨，以期为该理论的深入化研究创造有利条件。

关键词：量子力学 粒子 发展 应用

随着科学技术的不断创新与世界经济水平的持续提升，社会对于物理学的探讨愈加广泛，作为现代物理学两大支柱之一的量子力学亦日益受到重视。量子力学是现代物理学中的重要分支，其以物质世界中的微观粒子为研究对象，主要分析了微观粒子的运动轨迹，例如原子、分子以及原子核等。截至目前，量子力学已经由传统的个别假说逐步发展为具有一定成熟度的理论研究，并逐步应用于现实世界。事实证明，量子力学理论的不断完善不仅有益于新一轮的科技革命，更对社会发展有着重要影响。[1]

一、量子力学的基本特征及其发展

1.量子力学的基本特征

量子力学是现代物理学的重要分支，其亦是在物理学不断发展与创新的基础上产生的。量子力学与相对论一起被认为是现代物理学的两大基本支柱。具体来说，量子力学是分析并研究物质世界中的微观粒子及其运动规律的一种理论体系，许多物理学理论和科学都是以量子力学为基础所进行的，如原子物理学、固体物理学、核物理学以及粒子物理学等等。科学证明所有微观粒子都具有明显的波粒二象性特征，其这种状态可整体被一种波函数所系统性地描述出来，此函数具有单值属性、受限属性及连续变化属性，其客体的全部性质都能由这一波函数中获得展示。[2]

2.量子力学的发展历程

量子力学的发展并不是一蹴而就的，而是在相关研究发现的基础上一步步猜想、假设与证实的。一般来说，量子力学的产生可界定为20世纪初期，它的形成从根本上改变了社会对于现有物质世界的认识，尤其是对于物质组成成分的认识。量子理论认为粒子的行为常常像波，用于描述粒子行为的“波函数”预测一个粒子可能的特性，诸如它的位置和速度。普朗克为了克服经典理论解释黑体辐射规律的困难，而引入了能量子的概念，随后爱因斯坦提出了光量子假设，而以玻尔为代表的一系列科学家则为量子理论的逐步发展做出了卓越的贡献，如电子自旋概念与矩阵力学的提出。随着相关概念与理论的相继形成，1925至1928年，完整的量子力学理论方得形成。[3]

二、量子力学的现实应用与价值

1.量子力学与计算机技术

量子力学在一定程度上无疑推动了计算机技术的进步，量子计算机的产生更产生了诸多有益影响。自1646年第一台电子计算机问世以来，其芯片发展速度日益加快。按照芯片的摩尔定律，其集成度在不久的将来有望达到原子分子量级，然而，在芯片发展到微观集成的时候，量子效应会影响甚至完全破坏芯片功能。量子力学的海森堡测不准原理决定了粒子的位置和动量是不能同时确定的。因此，为了克服量子力学对计算机发展的限制，计算机的发展方向必然和量子力学相结合。量子计算机的制造理论首次提出于上世纪八十年代。量子计算机能够使得计算机的存储读取方式量子化，一方面在于其存储量大、速度高，另一方面则在于可以实现量子平

行态。

2.量子力学与能量运用

现代社会是资源社会，抑或是能量社会，伴随着科学技术的发展与能源的不断耗费，能量浪费问题日益受到社会各界的广泛重视。能量浪费问题可以说是随时随地发生，例如发动机点燃燃料以产生推动车身前进的驱动力同时，相当一部分能量以热量的形式散失，抑或说是直接浪费。科学家们在经过一系列研究，开始采用量子力学理论来解决能量浪费的问题。量子干涉描述了同一个量子系统若干个不同态叠加成一个纯态的情况，研究人员利用它研制了一种分子温差电材料，能够有效地将热量转化为电能，这种材料的厚度仅仅只有百万分之一英尺，在其发挥功效时，不需要再额外安装其他外部运动部件，也不会产生任何污染。

3.量子力学与人类思维

对于宇宙间的物质波来说，依照波动学说做出的解释，世上各种物质都是由波来构成，而依从微粒学说做出的解释，所有物质都是由概率波挟持下的粒子组合所构成，那么如此说物质波是具备事物的基本属性还是具备某种行为的特性，换言之，其自身即是属于物理空间的终极本体，可能是原子式粒子是构成物理空间的终极本体，而物质波则只是此类本体的统计结果的展示.依照并协机理，波动理论与微粒理论均能够进行运用，证明不了哪一个是真实的。倘若说某类实验需要做波动化解释，而另一类实验需要做微粒化解答，那将是不科学的，应当是每一个实验都可以并行化的应用两种说法来解释.其实，按等价描述理论就好理解了，即中间现象随着描述的不同而不同，而现象则是这个类中的不变体，物质波就是中间现象。意识与量子一样都是一种客体运动的过程，而不是一种客观实体.人类的意识特征与量子力學特有的不可复制性、纠缠性、非定域性和非确定性的特点具有相似性，但实验表明，意识并不是一个真正的物理问题，它是一种合成性的认识方式。[4]

结语

综上所述，量子力学理论是用来描述微观空间中的物质粒子（包含组成物质的分子、原子、原子核，以及其他形态的基本粒子等）之运动规律的学术理论。科学证明所有微观粒子都具有明显的波粒二象性特征，量子力学理论体系不仅可用于解释人类意识等问题，更在现实生活中展示出了至关重要的应用价值。

参考文献

[1]关于量子力学教学改革的一些探讨[J].谭庆收，谢琼涛.教育现代化.2018（46）.

[2]浅谈物理学的主要发展方向——量子力学[J].史嘉琦.高考.2018（21）.

[3]从“弦理论”视角看量子力学[J].张梦瑶.高考.2019（03）.

[4]关于量子力学教学改革的一些探讨[J].谭庆收，谢琼涛.教育现代化.2018（46）.