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量子奇谭:量子力学的广阔应用前景始于普朗克的大假设

量子奇谭:量子力学的广阔应用前景始于普朗克的大假设

作者: 吴言不语零一二三 | 来源:发表于2024-07-15 09:27 被阅读0次

    最近在读《上帝掷骰子吗?:量子物理史话》这本书,了解了解量子力学。为什么我推荐你也读读,去了解了解量子力学,是因为量子力学真的可能改变未来的发展游戏规则。我举几个例子,首先是量子计算机,这个新型计算机一旦成熟,大规模商用,将极大地解决目前人工智能耗费大量算力的情况,因为它的计算能力相比于现在这种基于冯诺依曼结构的传统计算机而言,是呈指数级增长的。这也得益于它利用了量子的叠加态性质,使用量子比特来替代传统的二进制比特。而且能源消耗也低很多,所以一旦算力成为了像自来水一样廉价资源后,以后人工智能大发展,星际探索都有个最强有力的基础。其次,量子计算还可以实现信息的绝对安全传输,即利用了量子纠缠和测不准原理,这就是量子通信,任何人试图窃听正在传输中的信息时,都会改变量子态,从而被发送者和接收者检测到。以上就是我了解到的应用场景,当然,还不止这些,但已经能够感受到它的强大能力。这也是我想学习了解这方面的知识,并科普出来的原因。咱们提到赫兹做出了光具有粒子性的实验,不过他还不清楚原因。然而另一个具有划时代意义的人物登场了,它就是德国人普朗克,他在1900年12月14日的柏林物理学会上发表了那篇名垂青史的《黑体光谱中的能量分布》的论文,这其实是一个大胆的假设。它假设了能量在发射和吸收的时候,不是连续不断,而是分成一份一份的。即货币式的量子化传输。也就是说,存在一个最小单位的粒子,是不可再分割的。用普朗克自己的话说就是:

    为了找出N个振子具有总能量Un的可能性,我们必须假设Un是不可连续分割的,它只能是一些相同部件的有限总和……
    书中指出:
    这个基本单位,普朗克把它称作“能量子”(Energieelement)。但随后很快,在另一篇论文里,他就改称为“量子”(Elementarquantum),英语就是quantum。
    这就是现在量子的来源。而最小单位是多少呢?这就是普朗克提出的方程: E就是单个量子的能量,ν是频率,h是一个神秘的常数,被它的发现者称为普朗克常数,值是这个:6.626×10的-34次方焦耳/秒。你记不住也没关系,不过你要知道它的重要性就行。用书中的话说就是:
    这个值,正如我们以后将要看到的那样,原来竟是构成我们整个宇宙最为重要的三个基本物理常数之一(另两个是引力常数G和光速c)。
    曾几何时,在牛顿和麦克斯韦的知识体系下,借助着微积分这个数学工具,我们以为我们的世界是可以连续无限次分割。但是:
    一切都是不连续的,连续性的美好蓝图,说不定只是我们的一种想象。
    当然,这次发现还没有在当时引起太大的轰动,因为这也还只是普朗克一个脑洞大开的假设,它并不是一个物理真实,而纯粹是一个为了方便而引入的假设而已。所以在《上帝掷骰子吗?:量子物理史话》中作者才会说:
    普朗克压根儿也没有想到,自己的理论在历史上将会有着多么重大的意义。有人戏称,普朗克就像是童话里的那个渔夫,他亲手把魔鬼从封印的瓶子里放了出来,自己却反而被这个魔鬼吓了个半死。有十几年的时间,量子被自己的创造者所抛弃,不得不流浪四方。
    一波三折,曲折发展的量子力学,被一个又一个科学巨匠接力揭开面纱一角,又得过十多年,才重新引起大家重视,这就是后话了,咱们下篇接着唠唠。好了,关于本期内容,大家有何感想,欢迎留言探讨交流

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