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平凡的世界小说-量子通讯——量子的概念与量子力学

跟着量子试验卫星——墨子号的升空,京沪量子保密通讯干线的建成与试运营,量子通讯逐步被咱们所知,也成为言论的热门,随之而来的各种“观念”也漫山遍野的袭来,这其中有许多质疑和民科的自我梦想。

量子(Quantum): 究竟什么是量子,量子比质子、中子、原子、电子、分子小呢?仍是比它们大呢? 之前如同没听过量子,初中物理就讲过,分子由原子组成,原子是由电子和原子核组成,原子核是由质子和中子组成。 什么时分出来了个量子?

量子是一个数学概念,是“离散改变的最小单元”。量子跟原子、电子底子不能比较巨细,由于量子不特指某一种“粒子”,它是一个笼统的人为界说的概念,就像数学里边的数字,0、1、2;咱们能说1个原子比2个原子少一个,2个质子比1个质子多出一个,却不能说1 比2个原子少,由于自身的界说不相同,谁也不能说3比5个手机要少。

量子是怎样来的?德国科学家普朗克在研讨“黑体辐射”问题时,发现有必要把辐射带着的能量当作离散改变的量,这样才干计算出与试验共同的数据。也便是说起初是将辐射带着的能量看做是接连的量,在这个根底上积分,所得到的结果是热辐射的能量极大,人底平凡的世界小说-量子通讯——量子的概念与量子力学子不能接近,这与现实是相悖的,比方有一个烧红的铁棍,人们接近它是没什么问题;后来普朗克将辐射能量依照离散量去处理,在这个根底上去积分,所得到的值与试验丈量所得到的值共同。普朗克提出:能量子(量子)是能量的最小单位。物体吸收或发射电磁辐射,只能以能量量子的方法进行。光的量子是光子。

那么,什么叫“离散改变”呢?比方计算人数,能够说1个人、2个人,但不可能有半个人、1/3个人。1/3个人怎样活? 即使是有残疾的人,在计算的时分也要说那是1个人,关于计算人数来说,一个人便是一个量子,是计算傍边的”最小单元“。假如某个东西只能离散改变,咱们就说它是“量子化”的。离散改变相对的是”接连改变“,比方声响,声响可所以10分贝,10.1分贝,10.2分贝 ..... 10.21分贝,这便是接连改变,学过模电和数电的人知道,有接连改变模拟量,和离散改变的数字量;学计算机的也知道计算机里边的 0 和1 是离散量。

量子力学

离散改变是微观世界的一个本质特征,精确描绘微观世界的物理学理论便是量子力学平凡的世界小说-量子通讯——量子的概念与量子力学。除了离散改变是微观世界的特征外,随机也是一个本质特征。

微观世界中的离散改变包含两类,一个是物质组成的离散改变,一个是物理量的离散改变。

物平凡的世界小说-量子通讯——量子的概念与量子力学质组成的离散改变:例如光是由一个个光子组成的,你不能分出半个光子、1/3个光子,所以光子便是光的量子。阴极射线是由一个个电子组成的,你不能分出半个电子、1/3个电子,所以电子便是阴极射线的量子。

物理量的离散改变:例如氢原子中电子的能量只能取-13.6 eV(eV 是“电子伏特”,一种能量单位)或许它的1/4、1/9、1/16 等等,总归便是-13.6 eV除以某个自然数的平方(-13.6/n^2 eV,n能够取1、2、3、4、5等),而不能取其他值,例如-10 eV、-20 eV。氢原子中电子的能量是量子化的,坐落一个个“等级”上面。每一种原子中电子的能量都是量子化的,这是一种普遍现象。而不是接连的,不能随意取个恣意值。这也解说了为什么电子不会落在原子核上,而是”绕着原子核运动“。

在之前普肚兜朗克的根底上,爱平凡的世界小说-量子通讯——量子的概念与量子力学因斯坦、玻尔、德布罗意、海森堡、薛定谔、狄拉克等人提出了许多新概念,扩展了量子力学的使用规模。1930年代,量子力学的理论大厦现已根本建立起来,能够对微观世界的大部分现象做出定量描绘了。

量子力学的效果

描绘微观世界有必要用量子力学,微观物质的性质又是由其微观结构决议的。因而,不只研讨原子、分子、激光这些微观目标时有必要用量子力学,并且研讨微平凡的世界小说-量子通讯——量子的概念与量子力学观物质的导电性、导热性、硬度、晶体结构、相变等性质时也有必要用量子力学。许多最根本的问题,是量子力学呈现后才干答复的。例如:为什么原子能保持稳定,例如氢原子中的电子不落到原子核上?(由于氢原子中电子的能量是量子化的,最低只能取-13.6 eV,假如落到原子核上就变成负无量,低于这个值了。)

为什么原子能构成分子,例如两个氢原子H聚成一个氢气分子H2?为什么原子有不同的组合方法,例如碳原子能组合成石墨、金刚石、石墨烯?为什么食盐NaCl会构成离子晶体?为什么有些物质例如铜平凡的世界小说-量子通讯——量子的概念与量子力学能导电,有些物质例如塑料不导电?为什么有些物质例如硅是半导体?为什么有些物质例如水银在低温下变成超导体?为什么经过调查世界中的光谱线能知道远处星球的元素组成?……现代社会的技能成果,简直全都与量子力学有关。

有许多烘托量子力学怎么难以了解的说法,如“连爱因斯坦都了解不了量子力学”,“费曼说,没有人了解量子力学”。这些说法会误导不了解量子力学的人,会让咱们以为量子力学是一种形而上学、禅机,一种相似诡辩的东西。量子力学是一套明晰的数学结构,能够看成是微观世界运转的一本操作手册。就像计算机操作系统使用指南相同。

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