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为什么有些物质能导电有些不能?|科技袁人

为什么有些物质能导电有些不能?|科技袁人

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导读

你如果问一个19世纪的物理学家为什么有些物质能导电,有些物质不导电,他能给你的最好的回答也只是同义反复而已。

本视频是2021年9月11日袁岚峰老师关于“量子信息原理与技术”主题的直播节选

(百年前就提出的量子,为什么突然成为热门话题?| 科技袁人)

视频链接:

抖音视频:

https://v.douyin.com/NJP4TXH/

本视频发布于2021年10月1日,点赞量已达1万

精彩呈现:

为什么有些物质能导电有些不能?|科技袁人

为什么有些物质能导电?比如说铜和铝能导电是吧?它们是非常好的导体,有些物质不导电,比方说木头和塑料它就不导电,然后后面我们又会发现有些物质是半导体,比方说硅和锗,有些物质是超导体,比方说低温下的一些金属,这些问题传统理论是完全没法解释的。

为什么有些物质能导电有些不能?|科技袁人

你如果问一个19世纪的物理学家,说为什么有些物质能导电,有些物质不导电,他能给你的最好的回答也不过是说,那些能导电的物质里边电子是自由的,不导电的物质里边,电子是不自由的,这实际上我们在中学和小学学到的导电理论就是这样的,所谓自由电子理论是吧?

但是仔细想一想这真的算一个解释吗?实际上它没有解释任何东西,它只是同义反复而已,因为它只是告诉你,你如果能导电,你就把它叫做自由电子,不能导电就把它叫不自由电子。

那你要问他你能不能预测呢?能不能告诉我为什么铜和铝里面的电子就是自由的,木头和塑料里面的电子就是不自由的?回答是因为它根本预测不了,所以这个理论它只是玩一个文字游戏而已,只有在有了量子力学之后,我们才发展出整个一套新的理论,叫做能带理论,能量的能,领带的带,条带的带,这个能带理论是能够让你去做计算,能够精确地预测,哪些物质能导电,哪些物质不导电。

我们还能够发明出新的物质,比方说半导体和超导体,然后量子力学不但是能够解释现实世界已经有的现象,而且它还能够发明一些新的设备,比方说激光器和发光二极管,这个大家也都经常用,比方说我现在用这个激光笔,这个就是量子力学,用量子力学的效应才能造出来的,如果没有量子力学,你是完全不能理解激光这种现象的。

所以现代社会所有的技术成就,都离不开量子力学。所以你如果要问,量子力学有什么用是吧?这是一个非常外行的问题,说明你肯定对量子力学一无所知,你如果对量子力学有一点了解,你就肯定不会问这种问题了。

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