量子力學的初步了解

這幾天看了中山大學中山大學天文與空間科學研究院院長李淼教授所寫的《給孩子講量子力學》。雖然是給孩子講的，但是作為科普讀物我們其實都該讀一讀。

為什麼要讀量子力學？

量子力學是人類對宇宙、物質、世界認識的最前沿的實體認知，而這一對物質世界的認知正在轉變成影響世界的科技，成為人類最頂尖科技發明的理論依據。從核能、半導體技術、量子計算機到跨越空間的瞬間轉移都是基于量子力學理論的應用。

這本書解決了我的什麼疑惑呢？量子力學不确定性原理。

不确定性原理（Uncertainty principle）是由海森堡于1927年提出，這個理論是說，你不可能同時知道一個粒子的位置和它的速度

在宏觀物質世界我們都是很“确定”的，比如我們可以計算出月亮繞地球的公轉速度，以及月球的軌道，我們一旦确定這些就可以知道多久之後月球會出現在什麼地方？但是在微觀的量子世界不是這樣，我們根本無法同時測準一個量子的位置和動量。為什麼會這樣呢？我了解的是因為我們的觀測手段引起的，我們觀測量子必須“看”到，我們是如何看到的呢？我們眼睛用反光。光也是有能量的，當我們用光打到量子的時候，等于說也給了量子一個動量，我們看見它了确定了它的位置但是它的動量也就改變了也就測不準了。同時如果我們不用光照它，我門就看不見它，就不能測準它的位置。這樣你就明白了因為我們的觀測手法以及量子本身的特性導緻它的測不準，它肯定有同時的位置和動量，隻是我們人類測不到，我們無法同時知道。

量子力學還解釋了物質的什麼特性呢？

電子是圍繞原子核旋轉的。

我們國中實體已經講到過原子的構成，就是上圖中的模型。其實電子和原子核都是非常非常小的粒子，中間存在這很大的距離，電子雲就是這個活動半徑。量子力學給出了一個宏觀物質為何不塌縮的解釋，因為電子可以在任意時刻出現在電子雲的任意位置。就是雖然原子核可能隻有一個電子繞它轉，但是這個電子有個特意功能就是瞬時出現在他的軌道半徑内的任意位置，像擁有了神奇的分身術一樣。

正因為量子力學能夠解釋我們的微觀世界，進而微觀物質建構宏觀世界，我們才能了解我們世界的本質。而前段時間大熱的量子計算就是量子力學的又一應用。我們現在用的計算機是基于半導體的，每個計算狀态隻有0或1的一種，也就是開或關。但是由于量子的特性，量子既可以是關也可以是開，也就是能夠同時表達0和1。是以同樣計算數目單元的計算機，量子計算機是指數型增長的，而我們現有的半導體是線性。當量子計算機的計算單元達到49個後，現有計算機的能力根本無法與之匹敵，就是量子計算機的算力霸權。假如量子計算機真的突破了。現在比特币的加密算法就得改，因為量子計算機能夠短時間内暴力破解了你的密鑰。

原文釋出時間為：2018.01.28

本文作者：岱摯

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簡書

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