搜狐首页 科技 栀子花开

手机搜狐

SOHU.COM

量子是什么?读完你就不会相信“量子水”“量子炸弹“了

来源:科普中国作者:中国科学技术大学郭光灿

本人上世纪八十年代初期开始致力于量子光学研究,九十年代初又扩展到刚刚萌芽的量子信息领域。当时国内学术界对量子信息领域的研究呈现出相当冰冷的状态,而民众更是将量子力学视为高悬在学术殿堂之上的圣物,敬而远之。

近几年来,随着量子信息的飞速发展,加上媒体的大力渲染,“量子”已成为人们津津乐道的话题,人们甚至将“量子现象”描绘得神秘无比,仿佛世界上所有难以解决的事情都可归结到“量子纠缠”上。个别学者不实的夸大宣传,部分媒体的不断炒作,造成当前关于“量子世界”形形色色的奇谈怪论,引发各界激烈的争论。

究竟量子力学能为人类提供什么真实有用的技术?目前宣传的量子现象,哪些是科学的预言,哪些是人们杜撰出来的虚无之物?在学术界朋友的催促下,本人将媒体上种种议论汇聚为十个问题,谈谈个人的看法。毕竟量子世界奇妙无比,没人敢断言已完全参透了量子世界的真髓,这系列“量子十问”网络科普只不过是本人的一孔之见,供读者参详、争论。

我要感谢中科院量子信息重点实验室的周正威、孙方稳、李海欧、周宗权等师生的通力协助,才能在较短时间内撰写好这一系列科普文章。

量子究竟是什么?

1900年,普朗克首次提出量子概念,用来解决困惑物理界的“紫外灾难”问题。

普朗克

普朗克假定,光辐射与物质相互作用时其能量不是连续的,而是一份一份的,一份“能量”就是所谓量子。从此“量子论”就宣告诞生。

然而当时的物理界,包括普朗克本人,都讨厌“量子”这个怪物,千方百计想要将它消化在经典物理的世界之中,但却屡试不果。唯有爱因斯坦独具慧眼,他认为光辐射不仅在于与物质相互作用时的能量是一份一份的,光辐射的能量,本身就是“量子化”的,一份能量就是光能量的最小单元,后来称之为“光量子”,或简称“光子”。

德布罗意

法国年轻的博士生德布罗意在爱因斯坦“光子”概念的启发下提出:既然看似波动的光辐射,具有“粒子”特性,那么像电子这类看似“粒子”的物质,也应具有波动性。这就是“德布罗意物质波”的概念,由此引发后继大量理论与实验研究,证实所有微观粒子都同时具有波动性和粒子性二象性。这些奇异特性的微观粒子构成“量子世界”,遵从量子力学的运动定律

随着科学技术的发展,人们认识到“量子世界”不仅限于微观和单个粒子,某些宏观尺度下的多粒子系统也遵从量子力学规律。例如玻色—爱因斯坦凝聚(BEC),当原子聚合的温度足够低时,所有处于不同状态的原子,会突然聚集在同一个尽可能低的能量状态上,其行为就像一个“放大”的玻色子,遵从量子力学规律。

精选