台灣FANS俱樂部

台灣FANS俱樂部 網站首頁 探索 查看內容

百年量子物理風雨兼程,中國後來居上走在前列

百年量子物理風雨兼程,中國後來居上走在前列



聽上去雲山霧罩的量子物理,其實一直就在我們身邊。



量子物理已經有一個世紀的歷史



1900~1920年代,物理學界發生了一次重大的革命,建立了量子力學。量子力學、愛因斯坦的廣義相對論,以及生命科學中的“DNA雙螺旋結構”的發現,被稱為上個世紀的“三大科學發現”。



愛因斯坦是一位偉大的物理學家。愛因斯坦在解釋光電效應的時候,提出了“光的粒子學說”,即光是一種粒子,全稱光量子或光子。愛因斯坦的偉大之處就是:他提出光束是由一個個“光子”組成的,每一個光子的能量E=hv。在這個公式中,左邊的能量是典型的粒子概念,而右邊的普朗克常數和波長,則是典型的波的概念,所以這個公式實際上就顯示了,粒子和波是等同的。這是一個非常偉大的量子力學發現。它直接告訴我們,一束光的能量不再是連續變化的,因為光的最小單元是一個光子。引入“量子化”的概念後的光是分離、不再連續的,而研究這種不連續變化的科學就叫量子力學、就叫量子物理。



既然微觀粒子都具有“波粒二象性”,那麼是不是每個人也都有“波粒二象性”?回答是肯定的,宏觀物體表現出的粒子行為更多,人類產生的“波”波長非常短,我們的波動性質幾乎無法測量。



百年量子物理風雨兼程,中國後來居上走在前列



量子力學的建立,究竟對我們現代的技術,對我們人類生活產生什麼樣的作用?其實,大家所熟知的信息技術中的關鍵技術,都是在量子力學的基礎上發展出來的。舉個例子:沒有晶體管就沒有今天的網際網路、計算機、網絡信息時代,而晶體管正是在1947年,由三個物理學家發明,與之相關的量子物理突破獲得了1956年諾貝爾物理學獎。此後的激光器則是由蘇聯、美國科學家基於半導體一級結構,晶體管和激光二極管發明的。



晶體管、集成電路的發明使我們走進了今天的信息時代。如果沒有量子力學的發展,這兩件事就不會發生,我們也不可能有今天所有看到的信息技術。



現在的每個U盤都能容納十幾Gb、幾十Gb,什至幾百Gb的數據。法國、德國的兩位科學家在1987年發現了“巨磁阻”效應,他們因此獲得了2007年諾貝爾物理學獎。這個發現是一個純量子力學的結果,它讓信息存儲的能力提高了四個量級,使我們的生活更加方便。還有就是CCD照相機傳感器,就是因為物理學家發現並掌握了光的量子行為導致的電荷耦合。利用量子物理,實現對時間的精密測量,通過原子的光軸,使我們對時間的測量可以達到幾千萬年誤差只有一秒。



做一個簡單的總結就是:我們當代人用到的技術,最關鍵的部分都涉及量子力學。



中國科學家在量子領域的突出貢獻。



其中一個工作就是“量子反常霍爾效應”的發現。霍爾效應非常有用,我們每個人手上的信用卡磁條的編碼,就是利用了磁可以產生電信號、產生霍爾效應的原理。只要通過磁條的磁場產生的電信號,就可以鑒定不同的卡是誰的。另外,中科院潘建偉團隊在量子通信領域做出了傑出貢獻,我國也成功發射了第一顆量子通信衛星。可以說,我國目前在量子應用領域已經走在了世界前列,這是所有中國人的驕傲。



百年量子物理風雨兼程,中國後來居上走在前列



Copyright © 2008 - 2017 TaiwanFansclub All rights reserved.
返回頂部