​量子通俗点讲是什么意思

量子通俗点讲是什么意思

量子力学，也称为量子物理学，是探索微观世界的一门科学。由于许多现象令经典物理学难以解释，量子力学应运而生。

虽然它已经在科学界存在了超过一个世纪，但对于许多人来说，理解量子仍然是一件困难的事情。在本文中，我们将用尽量通俗易懂的方式，尝试解释量子是什么以及为什么它这么重要。

经典物理学

在理解量子力学之前，必须首先了解经典物理学。经典物理学是基于牛顿力学的一种物理学，它的重点关注宏观物理现象。它可用于解释我们周围的大多数物理现象，例如如何预测天气，为什么月亮会绕地球旋转，以及运动物体的运用。

在经典物理学中，物体可以被看作是一个粒子，它可以通过位置和速度来描述运动。这使得我们可以预测物体未来的位置和速度。这些物理学的真理基础被称为“物理现实”。

经典物理学的局限性

尽管经典物理学可以解释我们周围的大多数物理现象，却存在一些现象是它无法解释的。例如，经典物理学无法解释有时会产生的图案的红外线光谱，这就是光谱学上出现的“紫外灾难”。

另一个经典物理学无法解释的现象是电子在原子中的行为。经典物理学认为电子必须沿着轨迹运动，因此会失去能量并跌落到原子核中，最终导致原子崩溃。但试验发现，电子实际上运动在原子的云中，其位置和动量是不确定的。这是一个违背直觉的事实。

量子物理学的到来

为了解释这些不能通过经典物理学解释的现象，量子物理学应运而生。量子物理学的基本假设是：“物理现实不是任何粒子的直接表达。”

换句话说，物质不只是由粒子组成的。它是由一些相互作用的粒子组成的，它们可以具有“波动性”，并通过“波函数”来描述。因此，量子物理学侧重于描述小尺度的物理现象。

量子力学的基本假设

现在让我们来谈谈量子力学的基本假设：

1. 波粒二象性：在量子物理学中，物质可以具有粒子性和波动性同时存在的概念。也就是说，非常微小的粒子（例如电子或光子）被视为既是粒子又是波动的。换句话说，它们可以是“粒子”也可以是“波动”。

2. 不确定性原理：量子物理学认为粒子的位置和动量无法同时确切地知道。换言之，当我们用电子的位置测量器来测量它时，我们的测量会干扰电子的速度和位置，从而让我们无法准确地知道它们的位置和速度。

3. 量子纠缠：量子纠缠描述了两个或多个量子系统之间的关系，它们彼此之间具有特殊的联系。这种联系不是电子与原子之间的纽带，而是电子与电子之间的纽带。因此，两个量子系统是“纠缠的”，当一个系统改变状态时，另一个系统也会发生变化。

量子物理学的应用

尽管量子物理学的概念可能令人感到困惑，但它已被证明在许多领域具有极大的应用价值。

1. 量子力学在计算机科学领域的用途。量子计算机是利用量子力学原理开发出的计算机。它们的处理能力比任何传统计算机都高，并可用于解决当前无法在传统计算机上解决的问题。

2. 量子在通信和安全领域的应用。量子密钥分发（QKD）是利用纠缠粒子来确保在线传输数据的绝对安全性。

3. 量子物理学在制药和治疗学方面的用途。利用量子力学，人们可以设计出可以精确地地针对特定疾病的药物，这并不会对正常细胞产生任何危害。

结论

虽然我们的大多数直觉指导我们的生活都是经典物理学的结果，但是对于微小和难以解释的事物，我们需要量子物理学。因此，虽然这可能是一门难以理解的学科，但我们应该尽可能了解和理解量子物理学，因为它将在不远的将来引领着我们的科学和技术。