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為什麽會說人類掌握了量子力學,就可以有改變世界的能力呢?

2024-08-12科學

【綜述】

人類的歷史其實跟科學技術一直緊密相連,盡管在古代,人類由於知識水平有限,對世界的認知也不夠,根本不清楚自然科學到底是啥,還老是拿神明、宗教這些所謂神秘力量來做分析和解釋,不過從石器時代起,人類就跟科學有了扯不斷的關系。

科學史學科的一手創立者喬治·薩頓講過這麽一句話——科學於人類歷史中僅占一小部份,可卻是人類發展的本質所在,也是能解釋人類為何前進演化的唯一答案。

就像石器時代的人,由於知曉了怎樣用磨制石器,才從舊石器時代逐步過渡到新石器時代,有了發達的冶陶技術、紡織業之類的。

咱們國家古代陸續發展出了青銅器、鐵器之類的,變得更先進了,所以在危險的古代,成了四大文明古國裏唯一留存下來的,就連其中的四大發明都對歐洲有影響,促進了近代科學的出現。

社會一直在進步,科學在前輩們接二連三的努力付出中逐步建立起來了,人類也知曉了更多真實又神秘的領域,像量子力學就是其中之一,那個老是被拿來調侃,說「遇事不決量子力學」的學說,它到底是啥意思呢?

【量子力學】

量子力學啊,實際上就是探究微觀粒子運動規律的一種物理學理論,它還是現代物理學兩大基礎學說中的一個。

這裏面有原子、分子,還有由大量粒子組成並且相互作用很強的凝聚態物質,像固態和液態這些,也涵蓋了原子核,以及在人類的認識裏組成物質最小的單位——基本粒子的特性和結構。

在 19 世紀末那會,當時的物理學理論被視作已經有了特別完整的框架,像光學、力學等好多方面都形成了比較系統完備的理論體系,感覺好像到頂了,甚至不少物理學家都覺得往後不會再有那種突破性的重大發現了,剩下的也就只是零零碎碎的補充。

不過呢,在科學家們針對物質內部微觀世界展開研究的時候,像黑體輻射、原子結構這類的實驗發現,把當時科學家們的固有認知給打破了,原先的物理學理論連解釋都做不到。

這兩塊烏雲在 19 世紀末籠罩在了物理學界的上空,還給物理學帶來了革命性的變化。

20 世紀初的時候,物理學裏新的現象跟新的理論一個接一個地冒出來,打破了原來固有的理論知識體系的限制,找到了微觀世界的新規律和新理論。

在 1900 年的時候,普朗克面對黑體輻射的問題,憑借一個能量不連續進行簡諧振動的質點這一假設,推出了黑體輻射的公式,還提出電磁振蕩只能以「量子」的形式出現這類觀點,由此成為了量子力學的敲門磚。等到 20 世紀 30 年代,量子力學基本的框架就搭建好了。

在量子世界中,所有物質都被劃分成了特別微小的 61 種基本粒子。然而,量子可不是能被當成某種粒子來看待的,它其實是一個物體存在的最根本且不可分割的單元,要是物體有這樣的情況,那就叫量子化,這個單元就是量子。

打個比方說,要是統計人數,那一個人就是量子,是不能分割的最小單位,可不是說有半個人,或者 0.1 個人,也不能把這個人說成是一個細胞。同樣道理,好多人組成的人群也是量子化的。

同樣的道理,一束光可以講光子屬於量子,它們一起構成的光線就是量子化。而且除了物質之外,像能量、電荷、磁矩之類的也都具有量子化。

比如說一輛汽車原本每小時跑 5 千米,突然一下變成每小時跑 20 千米,這當中出現的特別快的速度改變,就叫速度的量子化。

【現實中的量子力學】

其實呀,在咱們的現實生活裏早就有不少量子力學的東西了,像激光器、發光二極管這類產品就是。當初普朗克提出量子論,覺得原子的能量是分散的,不是連續的,發出來的能量實際上是以「量子」當作單位的。

基於此,愛因斯坦提出光量子的假設,覺得光並非連續的,而是量子化的,跟原子一樣都屬於粒子。1917 年,愛因斯坦還提出了受激輻射,指出透過刺激,能讓處於激發態的發光原子在向低能態或者基態躍遷時,輻射出光子。後來的科學家們就是依據上述理論研發出了激光器。

另外啊,其實咱們平常生活中用的每一個電子器材,都跟量子力學有很重要的關聯,就比如說電子器材必需有的晶體管。

正是由於量子力學取得了革命性的突破,科學家在 1930 年發現了半導體,接著研發出晶體管,還發明出了全球第一台晶體管電腦,這比原先那種臃腫龐大的電腦輕巧好多倍。

不過到現在為止,人類在量子力學的研究上還不太成熟,掌握的也不多。像物理學四大神獸已經破了三個,可代表量子力學的「薛定諤的貓」,依舊是當下讓無數科學家頭疼的難題。

這是從宏觀層面去講微觀量子理論的呈現,不過粒子在被觀測前存在好多可能性,意思是說在被觀測前這粒子是多種狀態的,可被觀測後就只能固定在一種狀態,就是說觀測的舉動跟粒子自身是相互作用的。

從空間的角度來講:要是你沒開啟盒子,那盒子裏就有無數個平行宇宙一塊兒在發展,而且每個平行宇宙都會有無限的發展可能。

不過咱們把盒子開啟後,呈現在咱們眼前的只會是隨機的某一種平行宇宙的發展情況。這僅僅是從空間領域來理解的,在物理領域那方面,誰都沒法做出解釋。

就連偉大的物理學家愛因斯坦,以前都覺得上帝肯定不會擲骰子,意思是啥呢,萬事萬物都不是隨機的,像天氣的變化呀、一滴雨水落在哪兒呀、甚至明天晚上吃啥、還有女朋友的心情,愛因斯坦都認為不是隨機產生的。

不過當下好多科學家都覺得,從理論上講量子力學就是隨機發生的事件,連上帝都真的在擲骰子呢。

【如果掌握了量子力學】

有一種講法,要是咱們把量子力學給弄明白了,就能改變世界,到底是為啥呢?

實際上,好多人把量子力學給過分神化了,它其實就是一種更貼近世界本質的理論,能幫咱們更好地去認識世界、運用世界。

有人覺得,要是掌握了量子力學,就能在微觀層面透過改變粒子來讓物質轉化,像從空氣裏變出衣服、麪包、紙張之類的,還比如能透過改變量子,達成人類永生等等,這實際上全是把量子力學過分神化啦。

咱們之前就講過,在量子力學裏,量子指的就是不可再分割的最小單位,像一個人能算量子,一個細胞也能算量子,那種把這種物質變成全新物質的事兒,根本就實作不了。

不過要是把量子力學給掌握了,咱雖說當不了「全能的神」,但能弄明白世界的本質情況,能造出那種從真正意義上講能進行遠距離甚至跨星際的通訊裝備,實作「瞬時通訊」。

這實際上就是愛因斯坦所說的「幽靈般的遠距作用」,也就是量子纏結。通俗來講,處於纏結態的兩個粒子,不論它們相距多遠,只要其中一個粒子被觀測到,另一個粒子就會馬上發生變化,它們之間存在著特殊的關聯。基於這個原理,咱們能操控一個粒子,從而讓另一個粒子產生變化,達成即時通訊。

與此同時,量子態隱形傳輸會走進人類生活,這項技術也是依據量子纏結的原理,不過傳遞的可不是簡單的資訊,而是能把量子態傳到任何距離,就好像科幻小說裏常有的技術——「超時空傳輸」。

但這可不是科幻小說裏那種能時空穿梭的技術,它既沒法傳送任何物質,也不能在別的地方把分子組成一個物體,其實就是一種全新的通訊辦法。

甚至咱們能夠造出量子電腦,進而搞出真正的人工智能,也能發明「量子飛船」,開展超光速的星際旅行,真正達成沖出太陽系、逃出銀河系的驚人成就。

量子力學能助力人類實作可控核聚變,讓人類擁有更安全、更充足的能源,不用再把地球內部的有限資源挖空。核聚變那龐大的能源保障,足以讓人類科技再次迎來革命性的重大跨越。

所以呢,美國科學家韋恩講,要是人類真能把量子力學給弄明白了,那就能改變世界。

【結論】

從古至今,不管是中國還是西方,世界到底是啥樣,各個國家都在做著不一樣的研究,不過說到底都是在探尋世界的本質。

到現在為止,量子力學讓科學家們還存在好多困惑呢,比如說薛定諤的貓、量子塌縮這類的,它們會是物理學家一直要研究和求證的難題。

不過即便這樣,科學家憑借發現的量子力學理論,在人類科技的基礎上造出了各式各樣的產品,給咱們帶來好多便利。所以咱們也得信,雖說當下人類科技的發展還有些不夠,可未來沒法預料,充滿「隨機性」,誰也不清楚以後咋樣,說不定咱們真能把量子力學弄明白呢。