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为什么会说人类掌握了量子力学,就可以有改变世界的能力呢?

2024-08-12科学

【综述】

人类的历史其实跟科学技术一直紧密相连,尽管在古代,人类由于知识水平有限,对世界的认知也不够,根本不清楚自然科学到底是啥,还老是拿神明、宗教这些所谓神秘力量来做分析和解释,不过从石器时代起,人类就跟科学有了扯不断的关系。

科学史学科的一手创立者乔治·萨顿讲过这么一句话——科学于人类历史中仅占一小部分,可却是人类发展的本质所在,也是能解释人类为何进化的唯一答案。

就像石器时代的人,由于知晓了怎样用磨制石器,才从旧石器时代逐步过渡到新石器时代,有了发达的冶陶技术、纺织业之类的。

咱们国家古代陆续发展出了青铜器、铁器之类的,变得更先进了,所以在危险的古代,成了四大文明古国里唯一留存下来的,就连其中的四大发明都对欧洲有影响,促进了近代科学的出现。

社会一直在进步,科学在前辈们接二连三的努力付出中逐步建立起来了,人类也知晓了更多真实又神秘的领域,像量子力学就是其中之一,那个老是被拿来调侃,说「遇事不决量子力学」的学说,它到底是啥意思呢?

【量子力学】

量子力学啊,实际上就是探究微观粒子运动规律的一种物理学理论,它还是现代物理学两大基础学说中的一个。

这里面有原子、分子,还有由大量粒子组成并且相互作用很强的凝聚态物质,像固态和液态这些,也涵盖了原子核,以及在人类的认识里组成物质最小的单位——基本粒子的特性和结构。

在 19 世纪末那会,当时的物理学理论被视作已经有了特别完整的框架,像光学、力学等好多方面都形成了比较系统完备的理论体系,感觉好像到顶了,甚至不少物理学家都觉得往后不会再有那种突破性的重大发现了,剩下的也就只是零零碎碎的补充。

不过呢,在科学家们针对物质内部微观世界展开研究的时候,像黑体辐射、原子结构这类的实验发现,把当时科学家们的固有认知给打破了,原先的物理学理论连解释都做不到。

这两块乌云在 19 世纪末笼罩在了物理学界的上空,还给物理学带来了革命性的变化。

20 世纪初的时候,物理学里新的现象跟新的理论一个接一个地冒出来,打破了原来固有的理论知识体系的限制,找到了微观世界的新规律和新理论。

在 1900 年的时候,普朗克面对黑体辐射的问题,凭借一个能量不连续进行简谐振动的质点这一假设,推出了黑体辐射的公式,还提出电磁振荡只能以「量子」的形式出现这类观点,由此成为了量子力学的敲门砖。等到 20 世纪 30 年代,量子力学基本的框架就搭建好了。

在量子世界中,所有物质都被划分成了特别微小的 61 种基本粒子。然而,量子可不是能被当成某种粒子来看待的,它其实是一个物体存在的最根本且不可分割的单元,要是物体有这样的情况,那就叫量子化,这个单元就是量子。

打个比方说,要是统计人数,那一个人就是量子,是不能分割的最小单位,可不是说有半个人,或者 0.1 个人,也不能把这个人说成是一个细胞。同样道理,好多人组成的人群也是量子化的。

同样的道理,一束光可以讲光子属于量子,它们一起构成的光线就是量子化。而且除了物质之外,像能量、电荷、磁矩之类的也都具有量子化。

比如说一辆汽车原本每小时跑 5 千米,突然一下变成每小时跑 20 千米,这当中出现的特别快的速度改变,就叫速度的量子化。

【现实中的量子力学】

其实呀,在咱们的现实生活里早就有不少量子力学的东西了,像激光器、发光二极管这类产品就是。当初普朗克提出量子论,觉得原子的能量是分散的,不是连续的,发出来的能量实际上是以「量子」当作单位的。

基于此,爱因斯坦提出光量子的假设,觉得光并非连续的,而是量子化的,跟原子一样都属于粒子。1917 年,爱因斯坦还提出了受激辐射,指出通过刺激,能让处于激发态的发光原子在向低能态或者基态跃迁时,辐射出光子。后来的科学家们就是依据上述理论研发出了激光器。

另外啊,其实咱们平常生活中用的每一个电子设备,都跟量子力学有很重要的关联,就比如说电子设备必需有的晶体管。

正是由于量子力学取得了革命性的突破,科学家在 1930 年发现了半导体,接着研发出晶体管,还发明出了全球第一台晶体管计算机,这比原先那种臃肿庞大的计算机轻巧好多倍。

不过到现在为止,人类在量子力学的研究上还不太成熟,掌握的也不多。像物理学四大神兽已经破了三个,可代表量子力学的「薛定谔的猫」,依旧是当下让无数科学家头疼的难题。

这是从宏观层面去讲微观量子理论的呈现,不过粒子在被观测前存在好多可能性,意思是说在被观测前这粒子是多种状态的,可被观测后就只能固定在一种状态,就是说观测的举动跟粒子自身是相互作用的。

从空间的角度来讲:要是你没打开盒子,那盒子里就有无数个平行宇宙一块儿在发展,而且每个平行宇宙都会有无限的发展可能。

不过咱们把盒子打开后,呈现在咱们眼前的只会是随机的某一种平行宇宙的发展情况。这仅仅是从空间领域来理解的,在物理领域那方面,谁都没法做出解释。

就连伟大的物理学家爱因斯坦,以前都觉得上帝肯定不会掷骰子,意思是啥呢,万事万物都不是随机的,像天气的变化呀、一滴雨水落在哪儿呀、甚至明天晚上吃啥、还有女朋友的心情,爱因斯坦都认为不是随机产生的。

不过当下好多科学家都觉得,从理论上讲量子力学就是随机发生的事件,连上帝都真的在掷骰子呢。

【如果掌握了量子力学】

有一种讲法,要是咱们把量子力学给弄明白了,就能改变世界,到底是为啥呢?

实际上,好多人把量子力学给过分神化了,它其实就是一种更贴近世界本质的理论,能帮咱们更好地去认识世界、运用世界。

有人觉得,要是掌握了量子力学,就能在微观层面通过改变粒子来让物质转化,像从空气里变出衣服、面包、纸张之类的,还比如能通过改变量子,达成人类永生等等,这实际上全是把量子力学过分神化啦。

咱们之前就讲过,在量子力学里,量子指的就是不可再分割的最小单位,像一个人能算量子,一个细胞也能算量子,那种把这种物质变成全新物质的事儿,根本就实现不了。

不过要是把量子力学给掌握了,咱虽说当不了「全能的神」,但能弄明白世界的本质情况,能造出那种从真正意义上讲能进行远距离甚至跨星际的通讯装备,实现「瞬时通信」。

这实际上就是爱因斯坦所说的「幽灵般的远距作用」,也就是量子纠缠。通俗来讲,处于纠缠态的两个粒子,不论它们相距多远,只要其中一个粒子被观测到,另一个粒子就会马上发生变化,它们之间存在着特殊的关联。基于这个原理,咱们能操控一个粒子,从而让另一个粒子产生变化,达成即时通信。

与此同时,量子态隐形传输会走进人类生活,这项技术也是依据量子纠缠的原理,不过传递的可不是简单的信息,而是能把量子态传到任何距离,就好像科幻小说里常有的技术——「超时空传输」。

但这可不是科幻小说里那种能时空穿梭的技术,它既没法传送任何物质,也不能在别的地方把分子组成一个物体,其实就是一种全新的通信办法。

甚至咱们能够造出量子计算机,进而搞出真正的人工智能,也能发明「量子飞船」,开展超光速的星际旅行,真正达成冲出太阳系、逃出银河系的惊人成就。

量子力学能助力人类实现可控核聚变,让人类拥有更安全、更充足的能源,不用再把地球内部的有限资源挖空。核聚变那庞大的能源保障,足以让人类科技再次迎来革命性的重大跨越。

所以呢,美国科学家韦恩讲,要是人类真能把量子力学给弄明白了,那就能改变世界。

【结论】

从古至今,不管是中国还是西方,世界到底是啥样,各个国家都在做着不一样的研究,不过说到底都是在探寻世界的本质。

到现在为止,量子力学让科学家们还存在好多困惑呢,比如说薛定谔的猫、量子坍缩这类的,它们会是物理学家一直要研究和求证的难题。

不过即便这样,科学家凭借发现的量子力学理论,在人类科技的基础上造出了各式各样的产品,给咱们带来好多便利。所以咱们也得信,虽说当下人类科技的发展还有些不够,可未来没法预料,充满「随机性」,谁也不清楚以后咋样,说不定咱们真能把量子力学弄明白呢。