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量子理论的由来与应用(上)

量子理论的由来与应用(上)

作者: PM回忆录 | 来源:发表于2017-03-09 00:12 被阅读243次

    这篇文章是对量子时代的一个宏观解读,内容可能涵盖不全量子理论,但可以给你一定的启发。文章分为上下两篇,这篇是上篇,主要讲人类文明的演进,以及为什么量子在第三四次工业革命中的地位。

    一、人类文明伴随着对宇宙的思考和认识

    在古代,宇宙学就已经开始诞生了,因为科学手段的限制,大部分的宇宙学都差不多,即神明开天辟地的说法,故事也大同小异。

    而现代宇宙学在现代也才刚刚有点成熟,具体考证原理这里不细说,因为可能涉及到很多篇幅。据科学手段推出,宇宙开始于137-138亿年之前的一个时间点,但具体在这个时间点的哪一个位置,还有待科学手段的进步。宇宙的历史从现在往前推大概会有这么几个阶段,首先是宇宙形成,也就是现在我们看到了世界,往前点是一个个星系团形成,再往前是恒星的诞生,再往前是再电离化,也就是发生各种电子量子之间的反应,会伴随着很强烈的光,再往前是黑暗时代,在那个时代光是逃逸不出去的,因此一切都是不透明的,再往前基本粒子的诞生,也就是原子核质子这些基础物质,而再往前发生了什么现在也正在研究。

    刚开始,宇宙是一个比篮球略大的地方爆发出的一个宇宙,温度极高,大概在三分钟后出现了基本粒子,光子,电子,氢原子,氦原子,其中氢和氦比例最大,占到90%以上,那个时间人是不可能出现,因为人需要的物质比较复杂,比如氧和重金属,这些都是在太阳诞生时代才出现。那时候各种粒子之间因为万有引力的存在,而互相吸引,碰撞,之后发生核反应,在其燃烧之后会产生黑洞,那时候一切混沌,光是跑不出来的。直到38万年前,所有电子都找到配偶,变成中性的,这时候才可以跑出来光,这时候的光才可以捕捉到。而在38万年前释放出来的有些光被冷却成微波,我们现在能不准到的光也是38万年前的。宇宙到了4亿年,中性的原子分子在万有引力作用下,聚集,在引力作用下,速度很快,高热,形成核反应,然后发光。这时各种恒星先形成,然后形成星团,然后星系。

    二、现代宇宙学和量子论

    量子论看似科学,但也是很接地气的科学,他的特性在人类生活中可以看到。以下是它的几个特性:

    1.非实在性

    因为量子理论讲的是波粒二象性的物质,也就是说它有时是波,有时又是粒子,因此无法确定其真实性状。

    2.不确定性

    根据量子理论造出来的屏幕,其粒子打到屏幕上,在微观上看则是不确定性的。

    3.跳跃性

    量子的运动不连续是不连续的,它会跳跃式得变化,电子在每一时刻地点都不确定。

    4.直觉性

    量子纠缠是一个很好的粒子

    5.韧性

    量子态很稳定。所以才有了我们今天所在的世界,如果是牛顿物理的话,地球就没有坚实的土地。

    前两次工业革命:

    第一次工业革命,解放了我们的身体,蒸汽机诞生,工厂解放了人们的工作劳累度。

    第二次工业革命,是因为仔细研究了光电现象,热力学现象,因而掌握了电。更加解放了人类。

    后两次工业革命:

    第三次工业革命,发生在上世纪中叶,计算机出现,引领了信息革命,先是电子管,然后是晶体管,晶体管就是根据量子力学制造的,发光二极管也就是LED灯也是量子力学的产物,目前芯片中的二极管只有20纳米,根据摩尔定律,每年成长的速度还在继续。量子力学改变了我们的生活。但是摩尔定律在2030年后可能失效,因为元器件的大小届时会达到分子原子程度,第二个原因是热力学不确定性。因此到时计算机的性能提升可能会发生终止,但这也只是针对这次工业革命来说的。

    第四次工业革命还没出现,有很多说法,其中一个是说,第四次工业革命会在本质上利用量子力学,也就是发明量子计算机,如果真的实现,那可能我们用的东西会发生翻天覆地的变化。量子力学在其他方面也有很多研究,比如脑科学,大脑本来就是一个不确定性的东西,有科学家就在研究大脑是否是一个量子系统。

    意识是量子态的吗?就像薛定谔的猫那个实验,如果你去看那个猫,则很可能通过量子反应改变其状态,因此不可测。现代有人提出用仿生的办法造出量子计算机,所谓仿生是有是指。在动物身上发现,候鸟身上有量子导航系统,因此每年都会按照一定路线进行迁移,利用的是量子反应和地球磁场。而人类大脑可能是量子力学的。

    第一二次工业革命用的大多是力学,目前用的很多东西则是基于这个之上的。而目前的第三次工业革命和即将到来的第四次工业革命,则用的是量子力学。

    第四次工业革命究竟会以什么形式出现,还不一定,有公司说人工智能,有人说自动驾驶,有公司说虚拟现实。这个我们拭目以待。

    这篇就到这里,我们讲了现代宇宙观,以及量子理论的几个特性和几次工业革命的发生。明天我们继续说说量子理论的其他推论。

    下篇是讲由量子理论引发的几个思考,请见量子理论的由来和应用(下)

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