你對現今的量子物理了解多少

㈠ 量子物理說明了什麼

想像一下吧，如果說世界真的被某個超脫於宇宙之外的計算機模擬著，那我們照理來講應該完全察覺不出這一點，畢竟我們也是模擬出來的。當然，這並不是重點和重要的。

重要的在於：疊加態是真實的！是的，一個東西就的確可以處在兩個不同的狀態上，比如同時在法蘭克福和合肥。
然後必須要澄清一個人們對量子物理的誤解：世界並不是離散的！當然這個和上面的其實是一個意思。

世界是連續的。如果你稍微懂一點量子物理，你應該知道量子物理中的量子態是在Hilbert空間裡面演化，而Hilbert空間是連續的。而坐標空間，或者說我們的三維世界也是hilbert空間的子空間。換句話說，我們這個世界也是連續的。

因為世界上的原子是有限數目的，我們確實可以（？）把描述整個宇宙的Hamiltonian當成一個矩陣寫出來，然後算出它的所有eigenvalue（也就是你們說的離散的能量值），但問題是，這些eigenvalue並不代表宇宙只能處在這些能量的狀態上，宇宙完全可以在這些eigenvalue對應的本徵態構成的hilbert空間裡面任意演化。

不是學物理的看不懂也沒關系，反正領會精神就行了：
世界是連續。而且非常非常的連續，連續到你以為分開的空間都被糾纏在一起。

再說一點，塌縮現象。這個東西並不是觀察者效應。民科或神棍們最喜歡的就是那這個測量塌縮現象說事。但問題在於，塌縮根本上是小量子系統（被觀察的東西）和大量子系統（觀察者或者測量儀器）耦合之後在這個巨大的hilbert空間裡面發生的特別特別復雜的演化。所以它並不神棍。
於是，一個東西之前是既是1又是0，這件事情是真實的。然後它被你測量後變成了純0，這個也是真實的，因為這東西是被你用「測量」這個過程給玩壞了（而不是你測量之前就是0），然後他被變成0了。

㈡ 什麼是量子物理學

什麼是量子物理?簡而言之，物理學解釋了一切事物的運作方式:這是我們對構成物質的粒子的本質以及它們相互作用的力的最佳描述。

量子物理學是原子工作原理的基礎，也是化學和生物學的原理。你，我和門柱，至少在某種程度上，我們都在跟著量子節奏跳舞。如果你想解釋電子如何通過電腦晶元，光子如何在太陽能電池板中變成電流，或者如何在激光中自我放大，甚至是太陽如何持續燃燒，你就需要使用量子物理學。

對物理學家來說，困難和樂趣就從這里開始了。首先，沒有單一的量子理論。還有量子力學，支撐這一切的基本數學框架，它是在20世紀20年代由尼爾斯·玻爾，維爾納·海森堡，埃爾溫·薛定諤等人首先發展起來的。它描述了一些簡單的事情，比如單個粒子或少數粒子群的位置或動量如何隨時間變化。

但要理解現實世界中事物是如何運作的，量子力學必須與其他物理元素結合起來——主要是阿爾伯特·愛因斯坦的狹義相對論，它解釋了當物體快速移動時會發生什麼——從而創造出所謂的量子場理論。

三種不同的量子場理論處理物質相互作用的四種基本力中的三種:電磁力，它解釋了原子是如何結合在一起的;強核力，它解釋了原子核在原子中心的穩定性;以及弱核力，這解釋了為什麼有些原子會發生放射性衰變。

在過去的50年左右時間里，這三個理論被匯集在一個搖搖晃晃的聯盟中，被稱為粒子物理學的「標准模型」。盡管給人的印象是這個模型是用膠帶粘在一起的，但這是迄今為止所設計出的關於物質基本工作原理的最准確的測試圖像。它最輝煌的成就是在2012年發現了希格斯玻色子(Higgs boson)。希格斯玻色子賦予了其他所有基本粒子質量，早在1964年，就有人根據量子場論預測希格斯玻色子的存在。

傳統的量子場理論很好地描述了高能粒子加速器的實驗結果，比如歐洲核子研究中心的大型強子對撞機(Large Hadron Collider)，希格斯粒子就是在那裡被發現的，它探測物質的最小尺度。但如果你想了解在很多不那麼深奧的情況下，電子如何在固體材料中運動或不運動，從而使一種材料成為金屬、絕緣體或半導體，事情就變得更加復雜了。

但在所有這些實際問題的背後，隱藏著一個巨大的量子之謎。在基本層面上，量子物理學預測了物質如何運作的非常奇怪的事情，這些事情與現實世界中事物的運作方式完全不一致。量子粒子可以像粒子一樣，在一個單一的位置;或者它們可以像波一樣，分布在整個空間或同時分布在幾個地方。它們如何出現似乎取決於我們選擇如何測量它們，而在我們測量它們之前，它們似乎根本沒有確定的屬性——這讓我們想到一個關於基本現實本質的根本難題。

這種模糊性導致了明顯的悖論，比如薛定諤的貓，由於一個不確定的量子過程，一隻貓既死又活。但這還不是全部。量子粒子似乎也能在瞬間相互影響，即使它們相距很遠。這種真正令人迷惑的現象被稱為糾纏，或者，用愛因斯坦(一位偉大的量子理論評論家)創造的短語來說，「遠距離的幽靈行為」。這種量子能力對我們來說是完全陌生的，但卻是超安全量子密碼和超強大量子計算等新興技術的基礎。

㈢ 量子物理的簡介

盡管量子力學是為描述遠離我們的日常生活經驗的抽象原子世界而創立的，但它對我們日常生活的影響無比巨大。沒有量子力學作為工具，就不可能有化學、生物、醫學以及其他每一個關鍵學科的引人入勝的進展。沒有量子力學就沒有全球經濟可言，因為作為量子力學的產物的電子學革命將我們帶入了計算機時代。同時，光子學的革命也將我們帶入信息時代。量子物理的傑作改變了我們的世界，科學革命為這個世界帶來了的福音，也帶來了潛在的威脅。
量子力學既不象廣義相對論那樣來自於對引力與幾何關系的光輝洞察力，也不象DNA的破譯那樣揭開了生物學一個新的世界的神秘面紗，它的起源不是一步到位的，是歷史上少有的天才薈萃在一起共同創造了它。量子的概念如此的令人困惑以至於在引入它以後的20年中幾乎沒有什麼根本性的進展，後來一小撮物理學家花了三年時間創立了量子力學。這些科學家為自己所做的事情所困擾，甚至有時對自己的所作所為感到失望。
或許用下面的一段觀察資料能最好地描述這個至關重要但又難以捉摸的理論的獨特地位：量子理論是科學史上能最精確地被實驗檢驗的理論，是科學史上最成功的理論。量子力學深深地困擾了它的創立者，然而，直到它本質上被表述成通用形式75年後的今天，一些科學界的精英們盡管承認它強大的威力，卻仍然對它的基礎和基本闡釋不滿意。
今年是馬克斯·普朗克（Max Planck）提出量子概念100周年。在他關於熱輻射的經典論文中，普朗克假定振動系統的總能量不能連續改變，而是以不連續的能量子形式從一個值跳到另一個值。能量子的概念太激進了，普朗克後來將它擱置下來。隨後，愛因斯坦在1905年（這一年對他來說是非凡的一年）認識到光量子化的潛在意義。不過 量子的觀念太離奇了，後來幾乎沒有根本性的進展。現代量子理論的創立則是斬新的一代物理學家花了20多年時間的結晶。
您只要看一下量子理論誕生以前的物理學就能體會到量子物理的革命性影響。1890年到1900年間的物理期刊論文基本上是關於原子光譜和物質其他一些基本的可以測量的屬性的文章，如粘性、彈性、電導率、熱導率、膨脹系數、折射系數以及熱彈性系數等。由於維多利亞型的工作機制和精巧的實驗方法的發展的刺激，知識以巨大的速度累積。
然而，在同時代人看來最顯著的事情是對於物質屬性的簡明描述 基本上是經驗性的。成千上萬頁的光譜數據羅列了大量元素波長的精確值，鎮跡但是誰都不知光譜線為何會出現，更不知道它們所傳遞的信息。對熱導率和電導率的模型解釋僅符合大約半數的事實。雖有不計其數的經驗定律，但都很難令人滿意。比如說，Dulong-Petit定律建立了比熱和物質的原子重量的滑旅唯簡單關系，但是它有時好使，有時不好使。在多數情況下同體積氣體的質量比滿足簡單的整數關系。元素周期表盡管為化學的繁榮提供了關鍵的組織規則，但也無任何理論基礎。
在眾多的偉大的革命性進展中，量子力學提供了一種定量的物質 理論。現在，我們原則上可以理解原子結構的每一個細節；周期表也能簡單自然地加以解釋；巨額的光譜排列也納入了一個優雅的理論框架。量子力學為定量的理解分子，流體和固體，導體和半導體提供了便利。它能解釋諸如超流體和超導體等怪異現象，能解釋諸如中子星和玻色-愛因斯坦凝聚（在這種現象里氣體中所有原子的行為象一個單一的超大原子）等奇異的物質聚集形式。量子力學為所有的信培科學分支和每一項高技術提供了關鍵的工具。
量子物理實際上包含兩個方面。一個是原子層次的物質理論：量子力學；正是它我們才能理解和操縱物質世界。另一個是量子場論，它在科學中起到一個完全不同的作用，稍後我們再回到它上面來。 量子革命的導火線不是對物質的研究，而是輻射問題。具體的挑戰是理解黑體（即某種熱的物體）輻射的光譜。烤過火的人都很熟悉這樣一種現象：熱的物體發光，越熱發出的光越明亮。光譜的范圍很廣，當溫度升高時，光譜的峰值從紅線向黃線移動，然後又向藍線移動（這些不是我們能直接看見的）。
結合熱力學和電磁學的概念似乎可以對光譜的形狀作出解釋，不過所有的嘗試均以失敗告終。然而，普朗克假定振動電子輻射的光的能量是量子化的，從而得到一個表達式，與實驗符合得相當完美。但是他也充分認識到，理論本身是很荒唐的，就像他後來所說的那樣：「量子化只不過是一個走投無路的做法」。
普朗克將他的量子假設應用到輻射體表面振子的能量上，如果沒有新秀阿爾伯特·愛因斯坦（Albert Einstein），量子物理恐怕要至此結束。1905年，他毫不猶豫的斷定：如果振子的能量是量子化的，那麼產生光的電磁場的能量也應該是量子化的。盡管麥克斯韋理論以及一個多世紀的權威性實驗都表明光具有波動性，愛因斯坦的理論還是 蘊含了光的粒子性行為。隨後十多年的光電效應實驗顯示僅當光的能量到達一些離散的量值時才能被吸收，這些能量就像是被一個個粒子攜帶著一樣。光的波粒二象性取決於你觀察問題的著眼點，這是始終貫穿於量子物理且令人頭痛的實例之一，它成為接下來20年中理論上的難題。
輻射難題促成了通往量子理論的第一步，物質悖論則促成了第二步。眾所周知，原子包含正負兩種電荷的粒子，異號電荷相互吸引。根據電磁理論，正負電荷彼此將螺旋式的靠近，輻射出光譜范圍寬廣的光，直到原子坍塌為止。
接著，又是一個新秀尼爾斯·玻爾（Niels Bohr）邁出了決定性的一步。1913年，玻爾提出了一個激進的假設：原子中的電子只能處於包含基態在內的定態上，電子在兩個定態之間躍遷而改變它的能量，同時輻射出一定波長的光，光的波長取決於定態之間的能量差。結合已知的定律和這一離奇的假設，玻爾掃清了原子穩定性的問題。玻爾的理論充滿了矛盾，但是為氫原子光譜提供了定量的描述。他認識到他的模型的成功之處和缺陷。憑借驚人的預見力，他聚集了一批物理學家創立了新的物理學。一代年輕的物理學家花了12年時間終於實現了他的夢想。
開始時，發展玻爾量子論（習慣上稱為舊量子論）的嘗試遭受了 一次又一次的失敗。接著一系列的進展完全改變了思想的進程。

㈣ 誰能告訴我量子物理到底是什麼

量子力學（Quantum Mechanics）是研究物質世界微觀粒子運動規律的物理學分支，主要研究原子、分子、凝聚態物質，以及原子核和基本粒子的結構、性質的基礎理論它與相對論一起構成現代物理學的理論基礎。量子力學不僅是現代物理學的基礎理論之一，而且在化學等學科和許多近代技術中得到廣泛應用。
19世紀末，人們發現舊有的經典理論無法解釋微觀系統，於是經由物理學家的努力，在20世紀初創立量子力學，解釋了這些現象。量子力學從根本上改變人類對物質結構及其相互作用的理解。除了廣義相對論描寫的引力以外，迄今所有基本相互作用均可以在量子力學的框架內描述（量子場論）。

㈤ 到底什麼是量子物理

我一直強調量子力學的基本假設應該首先被接受。

我認為對量子力學的理解,當然,我可以閱讀一些書,了解一些基本實驗(雙縫干涉,糾纏態),也可以直接從基本假設來理解,因為它不是更加困難比牛頓定律的理解。

量子力學是物理世界的研究微觀粒子的運動規律的物理學分支,主要研究原子、分子、凝聚態,以及原子核和基本粒子的結構、性質的基礎理論,它與相對論一起構成了現代物理學的理論基礎。量子力學不僅是現代物理學的基本理論之一，而且在化學和許多現代技術中也得到了廣泛的應用。

但是這個其實是一個術業有專攻的題，作為非專業人士確實難以回到。也不建議去和非專業人士探討，完全是牛頭不對馬嘴的一個結果。

㈥ 量子物理學到底是什麼

在初中和高中的時候，我們就接觸過物理這本課程，而裡面提到了量子物理學的代名詞，很多人都以為量子物理學的含義，只是一些微小事物的代稱而已，其實不是。那麼量子物理學是什麼呢？量子物理學是偉大的物理學家普朗克提出來的，它的含義就是研究微觀世界的理論，有人也它為稱量子物理學現象的物理學,，下面我們來詳細分析一下吧。

量子力學研究的都是遠離我們生活經驗的一些抽象原子世界，對我們的日常生活影響比較大。如果要是沒有量子力學的話，那麼就不可能有化學，生物，醫學以及其他相關量子，物理學的一些知識結構。所以理解了量子物理學，那麼就可以洞察到其他的相關知識，量子理論是被人們評價為最精確最成功的理論，所以量子物理學對人類的貢獻是非常大的。

㈦ 其實你可以完全了解量子力學

你一定知道磁鐵吧，你也知道金。

當你把你手上的金戒指連續26或27次對折後，最小的那塊就是黃金的最小單位了：金原子。

宇宙中所有物質都是由原子構成。

原子又是由什麼構成的呢？

現在，你就要進入「量子世界」，它是由基本物質和光組成。

現在，我們將你無限的縮小，我們去看看兩個磁鐵之間會有什麼火花。

兩個磁鐵將要靠攏，你就緊貼著其中一個磁鐵。

你能看到搖擺的原子，當他們無限接近時，突然！一陣光閃現，再接近，越來越多的光珠出現，你或許快被閃瞎了。

這就是超距反應。你剛才看到的是一種神秘力——電磁力。這種作用力由虛光子攜帶。

宇宙中的任何地方，都存在電磁場，虛光子可以在任何時刻出現。

這種作用力，被一種叫做「電磁荷」的東西支配。

虛擬光珠就是把同種電荷排斥，異種電荷吸引的東西。它們距離越近，虛擬光珠就越多。

事實上，電磁場不僅規范了所有電荷和磁荷物體的運動，還創造了一切帶電粒子、光！

現在我們再來研究一下原子，我們大多數人知道原子核，以及外面的電荷。當你變得足夠微小時，事實上，你還是很難抓到電子，因為它們總是以無法預測的方式改變自己的軌跡。

好不容易，你抓住了一個電子，是的，你確實抓到了他，你握緊，再握緊……突然，它消失了。

確實，它消失了。

原來它在你手心挖了地道，鑽出去了。

量子躍遷，這是只有在足夠小的尺度才會發生的現象。它的特性之一：它能自由跳躍。這種現象被稱為「量子隧穿」或者「量子躍遷」。而且，量子世界的所有粒子都能如此。

它們的神秘在於，的確以隧穿的形式運動，而實際上這里沒有什麼隧道……

因為量子隧穿，它們可以任意穿梭不受任何阻礙。一切的一切，只是因為，它們能夠在周圍的「場」中借到能量。並且，你不可能會知道它們借到了多少能量，因為你無法測得它的速度。

量子隧穿會讓你覺得天方夜譚。愛因斯坦曾經對他的學生說：「如果你們理解了我要告訴你們的事情，那麼顯然我沒有講清楚」。

德國物理學家賓寧和瑞士物理學家羅雷爾用實驗證明了量子隧穿。他們將一根極細的針連接到電流儀上掃描物體表面，不讓針尖接觸表面，然後他們檢測到了電流，這意味著電流來自電子躍遷。他們還造出了「隧道掃描顯微鏡」。這台機器能看到原子本身。因此，他們獲得了1986年諾貝爾物理學獎。

如今的科學認為，電子不由比它更小的微粒組成，它們就是電磁場的產物，是電磁場的一種表現。先前我們稱之為虛擬光子的，它們是虛擬粒子，是各種作用力的力載流子，存在的意義在於攜帶作用力。

實光子和電子一樣，也是電磁場的基本表現，不由任何其他物質構成。而他們的碰撞，卻能產生神奇的反應。

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很多光子從太陽的內核中，大約花了8分鍾到達地球，當它好不容易逃出太陽時，見到電子，它就消失了。

而與此同時，電子變得狂暴不安，因為它被激發了。

電子吞下了光子。

它們能相互作用，能相互轉化。

看上去很奇妙，事實上你早就熟悉它。當陽光照耀在你的肌膚上，你會消去寒意沐浴在陽光的溫暖中，你的皮膚當然和其他物質一樣由原子構成，當陽光照射時，皮膚的原子和電子會捕獲一些光子，進入激發狀態。在激發狀態下，電子搖擺不定，於祥運纖是你就感受到了皮膚帶來的熱量。

在此，你得到了驚人的發現，物質與光能相互轉化。

這也能解釋這世間的顏色。

原子在吞了光子後，也能吐出，讓我們和其他物謹仿體以顏色的形式「發光」。那些顏色就是原子的電子所吞噬而又釋放的顏色。其他的顏色就被物質所吸收變成熱能或被儲存。

如果沒有電子和光子的反應，我們看到的將是一片黑暗的世界。

前面我們提到了引力，引力讓你緊貼著地面，但是為什麼沒有讓你直接滲透到地心呢？為什麼我們不能穿越地面呢？

電子依然會給你答案。

如果你想在原子核外增加一個電子，那麼它就必須符合一定的規則，因為每個電子都有自己的電子軌道，如果一層已經填滿，新來的電子就只能寄託悄汪在其他軌道上。（這里提的軌道是一個區域）

這叫做泡利不相容原理，1925年瑞士物理學家泡利發現了它，也因此在1945年獲得了諾貝爾物理學獎。

因此，你無法穿越地面，因為地面原子的最外層電子不允許你的最外層電子通過，因此，你們之間只能保持距離。

那我們為什麼又能隨意的穿越空氣呢？

因為我們的原子綁在一起，構成了我們相對固體的狀態，而空氣的原子（分子）並沒有綁在一起，它們可以為你讓路。這也是固體和液體氣體的區別。

我們弄懂了原子核外的電子，那我們勢必進入原子核一探究竟了。

原子核比電子重了1836倍，初中物理告訴我們，原子核由質子和中子構成，當然，現實世界並不這么簡單。

紐西蘭的物理學家盧瑟福在1911年發現了原子，但他不知道質子之中還有物質。

在質子內部，你會發現無數的虛擬粒子出現，消失，他們不同於虛擬光子，他們攜帶了另外一種作用力，這些力讓我們的原子不至於瓦解，他們更加強大，因此成為「強相互作用力」。

質子中，有三個小東西，叫做「誇克」，他們真的是三個形影不離的傢伙，也是世界上最忠誠的傢伙（可惜是轟轟烈烈的三角戀）

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他們之間的距離越遠，強相互作用力就會越大，那些虛擬粒子也就越多越狂暴。誇克相互綁在一起，自然要有人來看守他們，而看守這個監獄的守衛就是膠子（它們的確像膠水一樣）。

膠子和誇克構成了世界上的質子。

膠子是我們已知的最強大力量——強核力的攜帶者。

膠子和質子屬於另一個「場」，這也是一個量子場，它們也能隧穿，突然出現，突然消失，它們屬於強相互作用場。

這個場中有六種誇克，這里我們只介紹其中的兩種：「上誇克」和「下誇克」。質子中有兩個上誇克一個下誇克。

與此對應的中子，英國物理學家詹姆斯首先發現它並因此獲得諾貝爾物理學獎，中子里，膠子禁錮了兩個下誇克和一個上誇克。

中子和質子能共存於原子核，這一切得益於一種強作用力。

兩個膠子，在一瞬間變成了誇克！這時它們成為另一種強作用力的攜帶者，它們飛奔到附近的誇克監獄時，又變回了膠子，這樣的物質交換，讓中子和質子能共存，確保了原子核的穩定，參與交換的粒子，那兩個膠子（誇克），被稱為「介子」，它們攜帶的力被稱為「強核力」，一種非常大的吸引力。日本物理學家預言了它的存在也獲得了諾貝爾物理學獎。

而有趣的是，原子的核聚變，讓多個原子變成一個原子，自然會有多餘的膠子和介子被解放。（就如部門合並會裁員一樣），膠子和介子帶有質量，而這丟失的質量變成了能量讓恆星閃耀。

根據愛因斯坦的E=mc²（E是能量，m質量，c光速），轉化而來的能量也很大了，所以太陽如此閃耀。

有了強相互作用力和強核力，當然自然界就有弱核力了。（因為大自然總是像陰陽一樣平衡）。

這種力可能會讓你恐懼，因為它們和強核力的作用相反，它們能讓原子核崩裂，這種量子場成為「弱核力量子場」，它們也有自己的基本粒子和作用力攜帶者。

「放射性」就是它們的特徵之一。

放射性能對人體造成傷害，人人都知道，也因此，科學家們在研究它時作出了很多犧牲，著名的科學家居里夫人就是其中之一。

要對它研究，我們或許需要在大一點的原子中去探究。

在你身邊讓你最熟悉的或許就是金原子了。

黃金實在恆星爆炸時產生的，而不是在恆星活著時誕生。

不過金原子還不夠大，我們需要對鈈-239進行研究。在它的原子核中，會有一個虛擬粒子擊中下誇克，讓其變成上誇克，於是，一個中子變成了質子，膠子監獄難以平衡了，整個原子就不再平衡。

那些原子瘋狂地分裂，變成更小的原子，每個原子核都在爭搶電子，這每一步都會有大量的能量釋放。這就是弱核力的一種表現形式，其攜帶者就是W和Z玻色子。

剛才的現象，叫做原子核的自發裂變，放射性衰變。

縱觀這次衰變，你會發現能量少了一些，它被一種粒子帶走了——「中微子」。它們不受任何阻礙，能穿越皮膚，這似乎很恐怖，它甚至能穿越地球。或許這讓你惴惴不安，不過不用擔心，這不是對你造成傷害的粒子，而危險的是：誇克監獄，電子和光子。

誇克監獄，也就是兩個質子和兩個中子，成為「阿爾法粒子」。它們實際上就是失去一個電子的氮原子，所以它們為了保持穩定，就瘋狂地從外處尋找電子，當你在附近時，它們就會在你的皮膚上尋找電子，形成了所謂的放射性灼燒。

第二種是高能電子，它能將遠處（你的皮膚）上的電子擊飛，擊飛後，結果可想而知。

第三種是高能光子，如伽馬射線，它們也能從原子帶走電子，同樣的帶來灼燒，而更恐怖的是，伽馬射線能穿透皮膚，還會對我們的DNA構成威脅，這帶來的可能就是基因突變和癌變了。

可見，放射性衰變後果異常可怕，但它也沒那麼壞，它也創造了我們。

在地幔層，無時無刻都在發生衰變（遠古時期或許更頻繁），它們釋放的這些高能粒子產生巨大熱量，讓我們地球有了溫暖，爆發了地震或火山爆發，這在現在是災難，但在遠古時期，正是這些劇烈的地質變化產生了原始海洋，在其中孕育了生命。

沒有放射性，我們也就不存在了。

自此，我們了解了4種作用力：引力，電磁力，強核力，弱核力。他們都有自己的基本粒子。

引力：引力子（或許它不存在，我們稍後會說到）

電磁力：光子

強核力：膠子

弱核力：W和Z玻色子

這里，或許我有必要說說什麼是虛擬粒子了。

虛粒子：根據量子力學的不確定原理（之後會提到），宇宙中能量在短暫時間內在固定的總數值左右起伏，在這起伏時間里，會誕生粒子，之後又消失。

當你學習知識時，或許你需要先站在偉人的肩上。

我想我可以很有把握的說，沒有人懂量子力學。

理查德·費曼 1965年諾貝爾物理學獎得主

上帝很微妙，但他不會惡作劇。我又很懷疑，或許上帝喜歡惡作劇。

阿爾伯特·愛因斯坦 1921年諾貝爾物理學獎得主

沒有任何能夠轉化為圖像的語言能描述量子躍遷。

馬克斯·玻恩 1954年諾貝爾物理學獎得主。

那些在一開始接觸量子理論時沒有感到震驚的人不可能真正理解它。

尼爾斯·1922年諾貝爾物理學獎得主。

物理學畢竟是一門科學，科學就應該從簡，於是，有科學家企圖將4中作用力統一。

在1979年，三位美國科學家作出了一個驚人的發現：電磁力和弱核力是另一種作用力、另一種場的兩種不同表現。被稱為「電弱場」。

這為更大理論——一個理論鋪下了道路。

真空真的什麼都沒有嗎？

讓我們想像一下，給你一個粒子，如果你不去觀察，它會沿著什麼軌跡運動呢？實際上，一個粒子能經過你想像的所有途徑，並且是同時！這是因為量子場會給粒子帶來奇怪的效應。

這就的確意味著它分裂成很多自己的影像，這些軌跡填滿了空間和時間的所有點，你在任何時間地點都可能見到他，只是概率不同罷了。

再重復一遍，它經過了所有途徑，同時。

慢放來看，它出發，似乎分裂了無數自身的影像，成為一種波，然後突然聚集，到達終點（你的檢測器吧或許）

其實，這並不可能被偵查到，在沒有人觀察時，它無處不在，而你觀察時，它只在一個地方。

微觀世界，看上去是一個由各種可能性構成的混合體。

可能性而非確定性是微觀世界（量子尺度）你不得不接受的事實。

在微觀世界中，你能看到粒子無中生有地自發形成，在它們消失前，按照一切可能途徑運動，然後又轉瞬無端消失。

這因為，量子場無處不在。

真空也一樣，你可以把空氣拿走，但你不能拿走時空，你也無法拿走空氣中的量子場，所以，真空中存在量子場。

1948年，荷蘭物理學家亨德爾克·卡西米爾研究了這個現象。

想像兩塊很小的金屬板平行相對放置，你應該在腦海中描述這個畫面。結果是，它們相互移動了。這個現象被稱為「卡西米爾效應」。

原因很簡單：兩塊金屬塊外面空間大於兩者之間，後果就是兩板之間產生的虛擬粒子應該和之外的空間不同，兩個真空就有所不同，於是就有移動的趨勢了。

當電子產品越來越小時，工程師也不得不考慮這種效應。

我們知道，世界上沒有相同的兩片樹葉，但我告訴你，世界上所有的基本粒子（光子等）都是一模一樣的。因為宇宙中，所有的基本粒子，都誕生在同一個背景場中，也在任何時候被同一背景場湮沒。真空中能量越多，產生的基本粒子也越多。

要想統一他們，需要足夠的能量。科學家們稱（我也不知道他們怎麼計算的）一千萬億度（這個數字似乎毫無意義）能讓電磁場和弱核力場統一成「電弱場」。（所以我都不想提電弱場）

但這也不是不可能，你忘了大爆炸了嗎？在那個體積足夠小，質量無限大的地方，或許能滿足這個條件，或許還能統一所有場，或許只有一個場存在。

等等，什麼是質量？

網路文科告訴我，質量是改變物體運動狀態的難易程度。

那麼，誰來改變？

2012年（是的，是這一年人類科學才知道質量的奧秘），科學家在瑞士日內瓦的粒子加速器中喚醒了一種粒子，它是宇宙質量起源，媒體稱之為「希格斯粒子」，它的場成為「希格斯場」。

由於希格斯場的存在，原本沒有質量的基本粒子可以從中獲得能量，粒子通過希格斯場，使其有阻礙作用。光子因為不受希格斯子的影響而不具有質量。

不過，它不代表了宇宙中所有的質量，中子和質子大多數質量來自誇克束縛在其邊界的作用力，來自誇克-膠子濃湯。

現在，或許你還是迷惑為什麼粒子能憑空產生，天下並沒有免費的午餐，因為這其中還有「反物質」。

人類中的一位天才告訴我們：構成我們的物質，行星、恆星等物質，只是所有物質的一半。他就是保羅·狄拉克。當然這個結論不是想像的，而是依據愛因斯坦對於物體高速運動的研究和量子粒子們的奇特行為。順便說一下，他創建了量子理論，作為結果，他發現了反物質。

在你眼前，一個電子憑空出現。

不同的在於，電子帶有電荷，物質能產生可以理解，因為可以由能量轉化而來，但電荷就不同了。一個負電荷的出現，而正電荷又沒有出現。這不可能。

最簡單的答案往往是正確的：正電荷和負電荷（電子）同時產生，這個正電荷我們成為「反電子」。

電子和反電子無中生有地過程叫做粒子-反粒子偶的產生。同樣，當他們下次相遇時，它們的質量變回了能量，變成光。

首先探測到反電子的是美國物理學家卡爾·D·安德森。但他取名正電子。因此，他也獲得了諾貝爾物理學獎。

這樣，反物質誕生了。

我們說所有物質都有反物質，不僅電子，還有誇克，膠子，光子……因為光子與反光子都不帶電子，所以它們一模一樣。

我想我可以毫不負責地說，你本身也有你的反本身，說不定他還在另外一個世界等你呢，或者他分布在世界各處，還未成形罷了。為什麼我敢這么斷言呢？

任何反粒子都與它對應的正常粒子遇到都會湮滅。

所以，當你在一個反物質的世界裡看到你的「反你」的時候，你還是祈求別和他握手吧，否則你們會瞬間湮滅……

現在，或許我要將你帶入大爆炸了，因為你已經知道了量子粒子的場。

它們可能被統一。

你知道了質量和反物質。

當你再次來到最後散射面，前面是可以通行的，光無法前行是因為它周圍太多能量。現在我們假設你能無視這些能量，它們不會讓你湮滅。

你像是在被密集的粒子構成的濃湯中，其中是各種激發態以及基本粒子、作用力攜帶者。

你逐漸發現，時空被彎曲到驚人的地步。

這里的宇宙有38萬年歷史。

現在你來到了最後散射面的38萬年前，這里原子核都被崩解了，這里沒有了強核力，這里有一千億度。

你現在看到的是各種W和Z玻子，這些在地球上幾乎看不到的粒子。

當然，最終，在那個點的附近，我們成為「開端」的，所有的力（除了引力）都被統一，所有的場都被統一，宇宙的物質和能量忽然消失，只有一種基本粒子，浸泡在它的場中。

這就是「暴脹場」。

在這里，引力帶來的時空扭曲過於強烈，量子效應不復存在。

沒有了這些，還有什麼科學能讓我們繼續前進呢？

我們先暫時回來，說說我們吧。

因為這些粒子的存在，我們的生活，或者說我們的歷史留下了一系列圖像在時間和空間的移動。從它們身上反射出來，所有的光和粒子都形成了我們存在的意義。這些影像成為一個以我們為中心以光速向宇宙擴散，成為雖不可見但無處不在的場中的漣漪。

我們已經了解了愛因斯坦主宰的相對論，我們也了解了量子理論，現在我們要綜合起來，盡管兩者格格不入，現在，我們將引力和量子物理學混合起來，讓你在極大和極小的世界穿越。

或許，你早就想了解黑洞了，你發現我們所說的「開端」和黑洞是如此的相似。的確，它們存在很多共性。

不過，我們的黑洞只是和早期宇宙相似吧，和我們所到達的最後點還是有很大差距，我們稱那個科學止步的牆為「普朗克牆」，在這個牆的一切數字都被成為普朗克尺度。

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在這個牆外，也就是黑洞這種尺度，引力只有在考慮了量子效應後才會適用。這似乎是大自然唯一能同時適用兩種理論的尺度吧。

或許你應該集中注意力了。

在量子世界裡，某事可能發生，那麼它一定發生。

哪怕只是兩個微小的電子相互作用，在這個過程中產生的虛擬粒子都會有無限多，所以會有無窮多的粒子牽扯其中。這必然意味著宇宙各處都有無窮大的能量。而無窮大的能量必然給時空帶來巨大引力效應！那就各處都有黑洞了，這就顯然不正確了！

這就是量子理論和相對論的沖突之一。

對於量子力學的科學家來說，解決的辦法很簡單：除去引力。

而這給他們帶來了很多成就，除去了引力，他們預言了很多粒子，甚至精確了它們的質量和電荷。

這個去除引力和無窮多的過程，叫做「重正化」。

但事實上，這樣來說，就不是真實的世界了，所以，我們還是把引力拉回來，現在我們想像把引力引入量子力學，想像引力不是時空扭曲造成的，而是引力場和它們的粒子——引力子造成。

所以，我們認為這個場是時空，基本粒子是時間和空間。

這就意味著我們周圍有時空的基本小塊。它們甚至服從量子躍遷！

換句話說，廣義相對論的時空概念和量子理論的時空概念不同。

這樣的沖突似乎無法解決了。

在最後一章中我們會為你介紹一個瘋狂地理論來解決它。

量子（各種場的基本粒子）在你不觀察時呈現量子波動性，但當你檢測到時，它們便失去了這種波動性。這種過程叫做「量子波坍縮」。

在物理學中，你無法知道粒子所在的位置和速度。因為你只要觀察到了它的位置，它便不再波動，失去了速度。這個規則叫做「海森堡測不準原理」。

現在我們為你介紹一個非常非常著名的量子理論的實驗。它的設計者是奧地利物理學家埃爾溫·薛定諤。他將量子效應放到了人類的尺度。

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現在，你需要一隻貓，一個封閉的盒子，關上後，沒有人知道裡面發生了什麼。你還需要一種放射性材料，它有一半的幾率釋放放射性。你還需要一把錘子和一個放射性探測器。

簡單的說，這只貓有百分之50的幾率會死亡，一半的幾率會活著。

那麼問題來了，貓死了嗎？

量子效應出現了，但除非你打開盒子，現在你不要作任何猜測，在真實生活中，在我們的尺度，你可以估計貓是死是活。

在量子世界中，可能發生，就必然發生。

大多數時間，緣於各種不明確原因，各種可能性的疊加不被我們注意到。或者還沒到達我們的尺度。

所以貓死了，又活著。

你立刻打開確認，發現它活著。

但你這個動作干擾了實驗，因為你造成了「坍縮」。

那麼坍縮真的發生了嗎？

幾年後，薛定諤設計實驗，他們用原子和光，驗證了量子疊加的真實，他們發現幾乎所有量子粒子都能同時以不同且互斥的狀態存在。這也是如今量子計算機的基本原理。

所以，在那個時間里，貓既死了，又活著。

那麼那隻死了的貓去哪兒了？

一些人認為，這和我們的意識有關，我們的動作和思想把現實凍結在了某個狀態，因而創造了現實。

這聽起來很瘋狂不是嗎？

當然，我們不會這么解釋，我會為你介紹它，或許會讓你信服一些，那就是「平行宇宙」。

你一定知道坐標系吧，二維坐標系很簡單，X方向左右，Y方向上下，所以，你隨便畫一條線，它的每一個點都想著它的切線方向前進，或上或下。

如今，我們想像在宇宙中，這是一個多維的世界！

也就是在多維的坐標繫上，貓活著在你的這個尺度發生了，在另一個相反的方向它卻死了。現在理解了嗎？

在平行宇宙中，所有可能都被實現了。那些我們沒有體驗的可能性都非常真實，只是存在別處。

宇宙中，任何可能發生的事情必然發生。（墨菲定律）

或許，量子世界讓你受夠了，也許你還沒看懂，又或許你得從頭再看一遍。

㈧ 量子物理是什麼，它研究什麼方面的問題

量子物理學是研究微觀世界，包括原子、電子、原子核以及原子核內部結構和運動規律的一個物理學分支。比如原子核外電子的排布規律就是量子化的；熱量在導熱體中傳導，也是量子化態枯的，即一份一份的傳導，而不是我們通常想的那樣連續的；再比如導體中形成電流是內部的電子在運動，這個運動是量子化的，不是我們通常想像的勻速或者勻加速運輪枯動。總之，在微觀世界的物理現象都是量子化的，而不是像宏觀世界那樣連續的。這時候，經典物理學對微觀臘閉洞世界不再適用，必須用量子物理取而代之。

㈨ 量子力學的初步理解

這幾天看了中山大學中山大學天文與空間科學研究院院長李淼教授所寫的《給孩子講量子力學》。雖然是給孩子講的，但是作為科普讀物我們其實都該讀扮岩一讀。

為什麼要讀量子力學？

量子力學是人類對宇宙、物質、世界認識的最前沿的物理認知，而這一對物質世界的認知正在轉變成影響世界的科技，成為人類最頂尖科技發明的理論依據。從核能、半導體技術、量子計算機到跨越空間的瞬間轉移都是基於量子力學理論的應用。

這本書解決了我的什麼疑惑呢？量子力學不確定性原理。

不確定性原理（Uncertainty principle）是由海森堡於1927年提出，這個理論是說，你不可能同時知道一個粒子的位置和它的速度

在宏觀物質世界我們都是很「確定」的，比如我們可以計算出月亮繞地球的公轉速度，以及月球的軌道，我們一旦確定這些就可以知道多久之後月球會出現在什麼地方？但是在微觀的量子世界不是這樣，我們根本無法同時測准一個量子的位置和動量。為什麼會這樣呢？我理解的是因為我們的觀測手段引起的，我們頃缺檔觀測量子必須「看」到，我們是如何看到的呢？我們眼睛用反光。光也是有能量的，當我們用光打到量子的時候，等於說也給了量子一個動量，我們看見它了確定了它的位置但是它的動量也就改變了也就測不準了。同時如果我們不用光照它，我門就看不見它，就不能測准它的位置。這樣你就明白了因為我們的觀測手法以及量子本身的特性導致它的測不準，它肯定有同時的位置和動量，只是我們人類測不到，我們無法同時知道。

量子力學還解釋了物質的什麼特性呢？

電子是圍繞原子核旋轉的。

我們初中物理已經講到過原子的構成，就是上圖中的模型。其實電子和原子核都是非常非常小的粒子，中間存在這很大的距離，電子雲就是這個活動半徑。量子力學給出了一個宏觀物質為何不塌縮的解釋，因為電子可以在任意時刻出現在電子雲的任意位置。就是雖然原子核可能只有一個電子繞它轉，但是這個電子有個特意功能就是瞬時出現在他的軌道半徑內的任意位置，像擁有了神奇的分身術一樣。

正因為量子力學能夠解釋我們的微觀世界，進而微觀雀亂物質構建宏觀世界，我們才能了解我們世界的本質。而前段時間大熱的量子計算就是量子力學的又一應用。我們現在用的計算機是基於半導體的，每個計算狀態只有0或1的一種，也就是開或關。但是由於量子的特性，量子既可以是關也可以是開，也就是能夠同時表達0和1。所以同樣計算數目單元的計算機，量子計算機是指數型增長的，而我們現有的半導體是線性。當量子計算機的計算單元達到49個後，現有計算機的能力根本無法與之匹敵，就是量子計算機的算力霸權。假如量子計算機真的突破了。現在比特幣的加密演算法就得改，因為量子計算機能夠短時間內暴力破解了你的密鑰。

㈩ 你知道什麼是量子物理學嗎

什麼是量子物理學？簡而言之，是物理學解釋了一切的工作原理：我們對構成物質的粒子的性質以及它們相互作用的力的最好描述。

量子物理學是原子如何工作的基礎，以及化學和生物學為何如此運作。您，我和門柱–至少在某種程度上，我們都在跳舞。如果要解釋電子如何在計算機晶元中移動，光子如何在太陽能電池板上轉換為電流或在激光中放大自身，甚至只是太陽如何持續燃燒，都需要使用量子物理學。

這種模糊性導致明顯的悖論，例如薛定諤的貓，在這種悖論中，由於不確定的量子過程，使得貓同時死了並且還活著。但這還不是全部。量子粒子似乎也能夠瞬間相互影響，即使它們彼此遠離。這種真正的竹節現象被稱為糾纏，或者用愛因斯坦（量子理論的偉大批評家）創造的一句話，稱為「遠距離的詭異動作」。這樣的量子能力對我們來說是完全陌生的，但卻是諸如超安全量子密碼學和超強大量子計算之類的新興技術的基礎。

但至於一切意味著什麼，沒人知道。有人認為我們必須接受量肆檔戚子物理學以無法發現與更大的「經典」世界中的經驗相稱的方式來解釋物質世界。其他人則認為必須有一些尚待發現的更好，更直觀的理論。

在這一切中，房間里有幾只大象。首先，自然界的第四種基本力到目前為止，量子理論還無法解釋。重力仍然是愛因斯坦廣義相對論的領域，而廣義相對論是一種甚至不涉及粒子的堅決非量子論。數十年來，人們為將重力置於量子保護傘之下，並在一種「萬物理論」中解釋所有基本物理原理而付出了巨大努力。

同時，宇宙學的測量表明，宇宙中超過95％的物質是由暗物質和暗能量組成的，在標准模型中我們目前尚無關於它們的解釋，以及諸如量子物理學在宇宙的凌亂工作中的作用程度之類的難題。生活仍然無法解釋。世界在某種程度上是量子的-但是量子物理學是否是關於世界的硬道理仍是一個懸而未決的問題。理查德·韋伯