科技日报实习记者 代小佩
昨天,中央政治局集体学习量子科技,瞬间掀起一股量子热潮。
什么是量子科技?
得从量子说起。
一直以来,在物理世界,牛顿力学统领天下。1900年,物理学家开尔文宣布:科学大厦已经建成,后辈物理学家能做的仅仅是一些零星的修补工作。
等等,难道这是物理学家面临失业的信号?
好在,有些问题,当时的经典理论也无能为力,比如说著名的“紫外难题”。这意味着,后辈的物理学家们还可以继续“搬砖”。
在量子概念诞生之前,人们认为能量的分布是连续的。
如何理解这里的“连续”?想象一下,当你走在一段平路上,可以走到1米的位置,也可以走到1.1米的位置,也可以走到1.11米的位置,如此等等,中间任何一个距离都可以走到,这就是“连续变化”。
但,如果能量是连续分布的,就无法解释著名的“紫外难题”。为解决这个难题,普朗克1900年提出一个假设:振动的带电粒子能量并非连续的,而是一份一份的,每一份的能量称为一个“能量子”,或简称“量子”(quantum)。
在量子理论中,能量不是连续分布,而是“离散变化”的。
有人比喻说,当你上台阶时,只能上一个台阶、两个台阶,而不能上半个台阶、1/3 个台阶,没有中间过程,这就是“离散变化”。对于上台阶来说,一个台阶就是一个量子。
在普通人视角中,光是连续的光波,用量子的眼光来打量光,光就变成了一个一个断断续续的点。
按照“能量不是连续分布”这一假设,普朗克推导出了普朗克公式,使得长期困扰物理学家的“紫外难题”得到解决,他因此获得诺贝尔奖。在此基础上,爱因斯坦提出“光子”假设,成功解释了光电效应,并因此获得诺贝尔奖。
普朗克研究物理过程中的变化
(一入物理深似海,从此颜值是路人)
一个物理量如果存在最小的、不可分割的基本单位,这个物理量就是量子化的。中科院物理研究所研究员曹则贤说,我们生活中可以见到、感知到的事物的最小单位,都能称之为量子。就像我们远处看鱼群是乌泱泱的一片黑,但放大了看,就是一条一条的鱼,可以说这就是鱼群的量子。
有人作过比喻:简单理解,就是找个东西猛砍,砍到小得不能再小,就是量子。
但要注意,量子并不是具体物质,也没有规定大小,它是能表示物质特性的物质最小单元的统称,是一个抽象的概念。
与经典力学主导宏观世界不同,量子力学是研究物质世界微观粒子运动规律的物理学分支,研究对象是原子、电子、凝聚态物质等。我们常常听到却不知所云的“量子纠缠”“量子叠加”等,是科学家以微观粒子为对象,经过无数实验总结出的规律。
物理学家将遵从经典运动规律(牛顿力学,电磁场理论)的那些物质所构成的世界称为“经典世界”,将遵从量子力学规律的那类物质所构成的世界称为“量子世界”。
随着科技发展,科学家认识到,“量子世界”不限于微观和单个粒子,某些宏观尺度下的多粒子系统也遵从量子力学规律。
现在,理解了什么是量子和量子力学吗?
理解不了?没关系!
毕竟,量子论的奠基人之一玻尔都说了:如果谁不为量子论而感到困惑,那他就是没有理解量子论。
真正的勇士,敢于直面难懂的量子,敢于正视智商的差距。
“量子世界”与我们所熟知的“经典世界”截然不同,所以在诞生之后,受到种种“排斥”。
然而100多年来,所有实验都证实了量子力学曾经的预言。量子力学与相对论一起,构成现代物理学的理论基础,随着与现代科学技术不断碰撞结合,量子科技得到广泛应用。
公认的说法是,量子力学触发的第一次量子革命,是从认识量子世界、发现量子效应到发展量子技术应用。晶体管、激光、硬盘、GPS等科技产品都应用了量子力学。
而量子信息技术,是量子力学的最新发展,代表了正兴起的“第二次量子革命”——通过主动人工设计和操控量子态发展量子技术和应用。
量子信息技术主要分为三大板块,包括量子测量、量子计算、量子通信,分别对应经典信息技术中的信息获取、信息处理、信息传输三个部分。近年来,三大领域创新活跃,墨子号量子卫星升天、各路量子计算机竞赛争夺量子霸权……
量子引发的革命,一片蓝海。
但量子科技,听起来高大上,学起来得秃头。我们普通人,本就天资平平,发际线难保,还有必要学习量子吗?
近些年,坊间流传一句话——遇事不决,量子力学。
随着量子越来越“火”,社会上出现挂羊头卖狗肉的现象,打着量子的旗帜在江湖中行骗的招数并不少见。量子针灸、量子波动速读记忆法、量子鞋垫、量子按摩等“伪创新”层出不穷,蹭“量子科技”热度,炒作“量子科技”概念,不少人被忽悠,交了“智商税”。
此次,中央政治局集体学习“量子科技”的消息传开后,今天有很多股票分析师已经在分析概念股。
这年头,怎么让钱包更鼓一点,又防止被割韭菜呢?
不如一起秃头,学点儿量子力学。
注:参考中科院物理所、混知、量子学派等。图片源于网络。