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| 别名  || 量子力学 || 地    位  ||  现代物理学的基础理论之一
 
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||提出时间  ||  1900年|| 代表作品 || 《上帝掷盒子吗》
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||提出时间   ||  1900年|| 代表作品 || 《上帝掷盒子吗》<ref>[https://book.douban.com/subject/1467022/ 上帝掷骰子吗],豆瓣网</ref>
 
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=='''量子论'''==
 
=='''量子论'''==
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[[File:1387123057781ohfak.jpg|缩略图|350px|[https://image.so.com/view?q=%E9%87%8F%E5%AD%90%E7%89%A9%E7%90%86&src=tab_www&correct=%E9%87%8F%E5%AD%90%E7%89%A9%E7%90%86&ancestor=list&cmsid=901ea3ebaa51a6d453742a0b5d7621e8&cmran=0&cmras=1&cn=0&gn=0&kn=50&fsn=130&adstar=0&clw=246#id=f2634e9f64db353582b07e524295c9c6&currsn=0&ps=91&pc=91 原图链接][https://image.so.com/view?q=%E9%87%8F%E5%AD%90%E7%89%A9%E7%90%86&src=tab_www&correct=%E9%87%8F%E5%AD%90%E7%89%A9%E7%90%86&ancestor=list&cmsid=901ea3ebaa51a6d453742a0b5d7621e8&cmran=0&cmras=1&cn=0&gn=0&kn=50&fsn=130&adstar=0&clw=246#id=f2634e9f64db353582b07e524295c9c6&currsn=0&ps=91&pc=91 图片来源于超星慕课网]]]
 
[[File:1387123057781ohfak.jpg|缩略图|350px|[https://image.so.com/view?q=%E9%87%8F%E5%AD%90%E7%89%A9%E7%90%86&src=tab_www&correct=%E9%87%8F%E5%AD%90%E7%89%A9%E7%90%86&ancestor=list&cmsid=901ea3ebaa51a6d453742a0b5d7621e8&cmran=0&cmras=1&cn=0&gn=0&kn=50&fsn=130&adstar=0&clw=246#id=f2634e9f64db353582b07e524295c9c6&currsn=0&ps=91&pc=91 原图链接][https://image.so.com/view?q=%E9%87%8F%E5%AD%90%E7%89%A9%E7%90%86&src=tab_www&correct=%E9%87%8F%E5%AD%90%E7%89%A9%E7%90%86&ancestor=list&cmsid=901ea3ebaa51a6d453742a0b5d7621e8&cmran=0&cmras=1&cn=0&gn=0&kn=50&fsn=130&adstar=0&clw=246#id=f2634e9f64db353582b07e524295c9c6&currsn=0&ps=91&pc=91 图片来源于超星慕课网]]]
  
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1923年[[路易·德布罗意]]（Louis de Broglie）在他的博士论文中提出光的粒子行为与粒子的波动行为应该是对应存在的。他将粒子的波长和动量联系起来：动量越大，波长越短。这是一个引人入胜的想法，但没有人知道粒子的波动性意味着什么，也不知道它与原子结构有何联系。然而德布罗意的假设是一个重要的前奏，很多事情就要发生了。
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1923年[[路易·德布罗意]]（Louis de Broglie）在他的[[ 博士]] 论文中提出光的粒子行为与粒子的波动行为应该是对应存在的。他将粒子的波长和动量联系起来：动量越大，波长越短。这是一个引人入胜的想法，但没有人知道粒子的波动性意味着什么，也不知道它与原子结构有何联系。然而德布罗意的假设是一个重要的前奏，很多事情就要发生了。
  
 
1924年夏天，出现了又一个前凑。[[萨地扬德拉·N·玻色]]（Satyendra N. Bose）提出了一种全新的方法来解释[[普朗克辐射定律]]。他把光看作一种无（静）质量的粒子（现称为光子）组成的气体，这种气体不遵循经典的[[玻耳兹曼]]统计规律，而遵循一种建立在粒子不可区分的性质（即全同性）上的一种新的统计理论。
 
1924年夏天，出现了又一个前凑。[[萨地扬德拉·N·玻色]]（Satyendra N. Bose）提出了一种全新的方法来解释[[普朗克辐射定律]]。他把光看作一种无（静）质量的粒子（现称为光子）组成的气体，这种气体不遵循经典的[[玻耳兹曼]]统计规律，而遵循一种建立在粒子不可区分的性质（即全同性）上的一种新的统计理论。
  
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[[爱因斯坦]]立即将玻色的推理应用于实际的有质量的气体从而得到一种描述气体中粒子数关于能量的分布规律，即著名的玻色-爱因斯坦分布 [3]  。然而，在通常情况下新老理论将预测到原子气体相同的行为。爱因斯坦在这方面再无兴趣，因此这些结果也被搁置了10多年。然而，它的关键思想——粒子的全同性，是极其重要的。突然，一系列事件纷至沓来，最后导致一场科学革命。从1925年元月到1928年元月：
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[[爱因斯坦]]立即将玻色的推理应用于实际的有质量的气体从而得到一种描述气体中粒子数关于能量的分布规律，即著名的玻色-爱因斯坦分布。然而，在通常情况下新老理论将预测到原子气体相同的行为。爱因斯坦在这方面再无兴趣，因此这些结果也被搁置了10多年。然而，它的关键思想——粒子的全同性，是极其重要的。突然，一系列事件纷至沓来，最后导致一场科学革命。从1925年元月到1928年元月：
  
 
[[沃尔夫刚·泡利]]（Wolfgang Pauli）提出了[[不相容原理]]，为[[周期表]]奠定了理论基础。
 
[[沃尔夫刚·泡利]]（Wolfgang Pauli）提出了[[不相容原理]]，为[[周期表]]奠定了理论基础。
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[[海森堡]]阐明[[测不准原理]]。
 
[[海森堡]]阐明[[测不准原理]]。
  
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[[保尔·A·M·狄拉克]]（Paul A. M. Dirac）提出了相对论性的波动方程用来描述[[电]]子，解释了电子的自旋并且预测了[[反物质]]。狄拉克提出电磁场的量子描述，建立了量子场论的基础。[[玻尔]]提出[[互补原理]]（一个哲学原理），试图解释量子理论中一些明显的矛盾，特别是[[波粒二象性]]。
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[[保尔·A·M·狄拉克]]（Paul A. M. Dirac）提出了相对论性的波动方程用来描述[[电]]子，解释了电子的自旋并且预测了[[反物质]]。狄拉克提出电磁场的量子描述，建立了量子场论的基础。[[玻尔]]提出[[互补原理]]（一个哲学原理），试图解释量子理论中一些明显的矛盾，特别是[[波粒二象性]]。<ref>[https://baike.baidu.com/item/%E9%87%8F%E5%AD%90%E7%89%A9%E7%90%86/7052617?fr=aladdin#reference-[1]-388084-wrap 量子物理],百度网</ref>
  
 
=='''量子理论的创立人'''==
 
=='''量子理论的创立人'''==
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[[File:A6c00100a951b04c534.jpg|缩略图|350px|[https://image.so.com/view?q=%E9%87%8F%E5%AD%90%E7%89%A9%E7%90%86&src=tab_www&correct=%E9%87%8F%E5%AD%90%E7%89%A9%E7%90%86&ancestor=list&cmsid=82461eb65f2fb030d2c993425d26bef1&cmran=0&cmras=1&cn=0&gn=0&kn=50&fsn=130&adstar=0&clw=246#id=3651f1ba09cc3cb3c53958f99f5abe5c&currsn=0&ps=92&pc=92 原图链接][https://www.toutiao.com/i6307529015515152897/ 图片来源于头条网]]]
 
 量子理论的主要创立者都是年轻人。1925年，[[泡利]]25岁，[[海森堡]]和[[恩里克·费米]]（Enrico Fermi）24岁，狄拉克和约当23岁。[[薛定谔]]是一个大器晚成者，36岁。玻恩和玻尔年龄稍大一些，值得一提的是他们的贡献大多是阐释性的。爱因斯坦的反应反衬出量子力学这一智力成果深刻而激进的属性：他拒绝自己发明的导致量子理论的许多关键的观念，他关于玻色-爱因斯坦统计的论文是他对理论物理的最后一项贡献，也是对物理学的最后一项重要贡献。
 
 量子理论的主要创立者都是年轻人。1925年，[[泡利]]25岁，[[海森堡]]和[[恩里克·费米]]（Enrico Fermi）24岁，狄拉克和约当23岁。[[薛定谔]]是一个大器晚成者，36岁。玻恩和玻尔年龄稍大一些，值得一提的是他们的贡献大多是阐释性的。爱因斯坦的反应反衬出量子力学这一智力成果深刻而激进的属性：他拒绝自己发明的导致量子理论的许多关键的观念，他关于玻色-爱因斯坦统计的论文是他对理论物理的最后一项贡献，也是对物理学的最后一项重要贡献。
  
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Abraham Pais以轶事的方式记录了这场以狂热的节奏发生的革命。
 
Abraham Pais以轶事的方式记录了这场以狂热的节奏发生的革命。
  
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1925年，[[Samuel Goudsmit]]和[[George Uhlenbeck]]就提出了[[电子]]自旋的概念，[[玻尔]]对此深表怀疑。10月玻尔乘火车前往[[荷兰]]的莱顿参加[[亨德里克·A·洛伦兹]]（Hendrik A. Lorentz）的50岁生日庆典，[[泡利]]在德国的汉堡碰到玻尔并探询玻尔对电子自旋可能性的看法； 玻尔用他那著名的低调评价的语言回答说，自旋这一提议是“非常，非常有趣的”。
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1925年，[[Samuel Goudsmit]]和[[George Uhlenbeck]]就提出了[[电子]]自旋的概念，[[玻尔]]对此深表怀疑。10月玻尔乘火车前往[[荷兰]]的莱顿参加[[亨德里克·A·洛伦兹]]（Hendrik A. Lorentz）的50岁生日庆典，[[泡利]]在[[ 德国]] 的汉堡碰到[[ 玻尔]] 并探询玻尔对电子自旋可能性的看法； 玻尔用他那著名的低调评价的语言回答说，自旋这一提议是“非常，非常有趣的”。
  
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 后来，[[爱因斯坦]]和[[Paul Ehrenfest]]在莱顿碰到了玻尔并讨论了自旋。玻尔说明了自己的反对意见，但是爱因斯坦展示了自旋的一种方式并使玻尔成为自旋的支持者。在玻尔的返程中，遇到了更多的讨论者。当火车经过[[德国]]的哥挺根时，[[海森堡]]和约当接站并询问他的意见，泡利也特意从汉堡格赶到柏 林 接站。玻尔告诉他们自旋的发现是一重大进步。
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 后来，[[爱因斯坦]]和[[Paul Ehrenfest]]在莱顿碰到了玻尔并讨论了自旋。玻尔说明了自己的反对意见，但是[[ 爱因斯坦]] 展示了自旋的一种方式并使玻尔成为自旋的支持者。在玻尔的返程中，遇到了更多的讨论者。当火车经过[[德国]]的哥挺根时，[[海森堡]]和[[ 约当]] 接站并询问他的意见，[[ 泡利]] 也特意从汉堡格赶到[[ 柏]] 接站。玻尔告诉他们自旋的发现是一重大进步。
  
 
=='''量子力学要点'''==
 
=='''量子力学要点'''==
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 系统的行为用[[薛定谔方程]]描述，方程的解称为波[[函数]]。系统的完整信息用它的波函数表述，通过波函数可以计算任意可观察量的可能值。在空间给定体积内找到一个电子的概率正比于波函数幅值的平方，因此，粒子的位置分布在波函数所在的体积内。粒子的动量依赖于波函数的斜率，波函数越陡，动量越大。斜率是变化的，因此动量也是分布的。这样，有必要放弃[[位移]]和[[速度]]能确定到任意精度的经典图象，而采纳一种模糊的[[概率]]图象，这也是量子力学的核心。
 
 系统的行为用[[薛定谔方程]]描述，方程的解称为波[[函数]]。系统的完整信息用它的波函数表述，通过波函数可以计算任意可观察量的可能值。在空间给定体积内找到一个电子的概率正比于波函数幅值的平方，因此，粒子的位置分布在波函数所在的体积内。粒子的动量依赖于波函数的斜率，波函数越陡，动量越大。斜率是变化的，因此动量也是分布的。这样，有必要放弃[[位移]]和[[速度]]能确定到任意精度的经典图象，而采纳一种模糊的[[概率]]图象，这也是量子力学的核心。
  
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 对于同样一些系统进行同样精心的测量不一定产生同一结果，相反，结果分散在波函数描述的范围内，因此，电子特定的位置和动量没有意义。这可由测不准原理表述如下：要使粒子位置测得精确，波函数必须是尖峰型的，然而，尖峰必有很陡的斜率，因此动量就分布在很大的范围内；相反，若动量有很小的分布，波函数的斜率必很小，因而波函数分布于大范围内，这样粒子的位置就更加不确定了。
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 对于同样一些系统进行同样精心的测量不一定产生同一结果，相反，结果分散在波函数描述的范围内，因此，电子特定的位置和动量没有意义。这可由测不准原理表述如下：要使粒子位置测得精确，波函数必须是尖峰型的，然而，尖峰必有很陡的斜率，因此动量就分布在很大的范围内；相反，若动量有很小的分布，波函数的斜率必很小，因而波函数分布于大范围内，这样粒子的位置就更加不确定了。<ref>[https://baike.baidu.com/item/%E9%87%8F%E5%AD%90%E7%89%A9%E7%90%86/7052617?fr=aladdin#reference-[1]-388084-wrap 量子物理],百度网</ref>
  
 
===波的干涉===
 
===波的干涉===
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 这一观念仅对全同粒子适用，因为不同粒子交换后波函数显然不同。因此仅当粒子体系是全同粒子时才显示出玻色子或费米子的行为。同样的粒子是绝对相同的，这是量子力学最神秘的侧面之一，量子场论的成就将对此作出解释。
 
 这一观念仅对全同粒子适用，因为不同粒子交换后波函数显然不同。因此仅当粒子体系是全同粒子时才显示出玻色子或费米子的行为。同样的粒子是绝对相同的，这是量子力学最神秘的侧面之一，量子场论的成就将对此作出解释。
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=='''四个最酷知识点'''==
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[[File:T018639b98e4b9ba7b4.jpg|缩略图|350px|[https://image.so.com/view?q=%E9%87%8F%E5%AD%90%E7%89%A9%E7%90%86&src=tab_www&correct=%E9%87%8F%E5%AD%90%E7%89%A9%E7%90%86&ancestor=list&cmsid=3da3c2f3896c6d2b960c9f4c69fa8953&cmran=0&cmras=1&cn=0&gn=0&kn=50&fsn=130&adstar=0&clw=246#id=6046c7cf4b748d5bc280a0106caaae1a&currsn=0&ps=92&pc=92 原图链接][https://weibo.com/p/1001603873226161003429 图片来源于新浪微博网]]]
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1.量子的概念
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量子这个称呼好像让很多人完全糊涂了。在物理学中，它实际上指的就是某个事物可以分割的最小尺寸，即在这个尺寸以下不可再分割。比如我们熟知的光可以分成一份一份的光量子，光量子不可再分割。这有些违反人的直觉，光竟然不是连续的。这也解释了许多经典物理学无法解释的问题。
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2.量子物理学的基本思想
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量子力学中的所有[[物理]]属性都可以有许多固定值，但从不介于两者之间。比如原子的核外电子，在吸收或释放能量时，会从一个轨道瞬间跃迁到另外一个轨道，而从来不会出现在任何两个相邻轨道之间出现。此外，各位看官如果有兴趣还可以搜索「紫外灾难」，看看量子力学如何解决经典物理学引发的悖论。
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3.双缝实验
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将一个光源放在有两个狭缝的遮板前面，遮板后面再放一个白板。如果观察光通过的两个狭缝中的哪一个，它就会表现的像一个粒子，白板上只有两条狭缝的光斑；如果你不观察它穿过那条狭缝，它又会表现的像一个波浪，光子会同时穿过两个狭缝并在白板上留下一串干涉光斑；但是如果你等待它穿过狭缝然后再观察，将会迫使光子穿越回过去然后随机选择一个狭缝穿过来。观察可以影响实验结果，未来可以影响过去，这也是量子力学反直觉的例子之一。
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4.量子纠缠
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当电子和正电子相遇时会湮灭并产生两个[[光子]]，这两个光子会出现叫做[[量子纠缠]]的奇怪现象，两者总是相互影响。在观察它们之前，你永远不可能事先知道两个光子的旋转方向。在你观察之前，他们都是同时具有两个旋转方向。令人惊讶的是，如果你观察其中一个，另一个将立即选择相反的旋转方向，永远不会出错。而且，这个过程似乎不需要消耗时间。<ref>[https://baijiahao.baidu.com/s?id=1611966960175148776&wfr=spider&for=pc 关于量子物理学，你需要了解的 4 个最酷的知识点],百度网，2018-09-19</ref>
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=='''第二次量子革命'''==
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===量子计算机===
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电脑的性能取决于[[集成电路]]芯片的数量。[[英特尔]]的合伙创始人[[戈登·摩尔]]在1965年提出了[[摩尔定律]]，预测集成电路上可容纳的[[晶体管]]数目大约每18个月便会翻倍。
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这种增长是指数级的，让人难以想象，因为我们的头脑更习惯于进行[[线性计算]]。为了更形象地说明这一点，我们只要知道，现在随便一个人口袋里手机的性能，都比美国国家航空航天局第一次发送人类登月时用的计算机的性能强好多就行了。
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但是依据[[摩尔定律]]，这种增长有一个界限：当[[晶体管]]小到原子大小，就不再适用了。到那时，量子力学中那些最奇特的法则就会生效，比如电子会因为“隧穿”跑到电线之外，那短路就是必然的结果。这便是量子计算机投入使用的时刻了。
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在传统[[计算机]]中，信息的最小单位是[[比特]]，也就是[[二进制]]，用“0”和“1”表示；在原子世界中，量子计算机运用的量子计算单位是量子位元，是“0”和“1”的量子叠加。
  
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=='''二次革命'''==
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=== 量子密码学===
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[[File:T018639b98e4b9ba7b4.jpg|缩略图|350px|[https://image.so.com/view?q=%E9%87%8F%E5%AD%90%E7%89%A9%E7%90%86&src=tab_www&correct=%E9%87%8F%E5%AD%90%E7%89%A9%E7%90%86&ancestor=list&cmsid=3da3c2f3896c6d2b960c9f4c69fa8953&cmran=0&cmras=1&cn=0&gn=0&kn=50&fsn=130&adstar=0&clw=246#id=6046c7cf4b748d5bc280a0106caaae1a&currsn=0&ps=92&pc=92 原图链接][https://weibo.com/p/1001603873226161003429 图片来源于新浪微博网]]]
 
  
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  在20年代中期创立 量子 力学 的 狂热年代里，也在进行着另一场革命 ， 量子物理 的 另一个分支——[[ 量子场论]] 的基础正在建立 。 不像 量子 力学 的 创立那样如暴风疾雨般一挥而就 ， 量子场论的创立经历了一段曲折的历史，一直延续到今天。尽管量子场论是困难的，但它的预测精度是所有物理学科中最为精确的，同时，它也为一些重要的理论领域 的 探索提供了范例 。
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 量子 物理能够让我们利用它奇怪 的 特性 ， 用安全 的 方式给信息[[ 编码]]。 有很多关于 量子 密码 的 协议 ， 我们现在只介绍两个原始 的 ：BB84协议2和E91协议3 。
  
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激发提出量子场论 的 问题是电子从激发态跃迁到基态时原子怎样辐射光。1916年，[[ 爱因 斯 坦]] 研究了这一过程，并称其为自发[[ 辐射]] ，但他无法计算自发辐射系数 。 解决这个问题需要发展[[ 电磁场]] （即光）的[[ 相对论]] 量子理论。量子力学 是 解释物质 的 理论，而 量子 场论正如其名，是研究场 的 理论，不仅是电磁场，还有后来发 现 的其它场 。
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BB84协议 的 名称来源于创造者[[ 查尔 斯 · 贝内特]] （Charles Bennett）与[[ 吉勒斯·布拉萨德]] （Gilles  Brassard）的姓氏首字母 。 它大胆运用了[[ 波函数的叠加]] 和[[ 塌缩原理]] ，也就 是 之前提过 的 那个“观察和测量会改变 量子 状态” 的 奇怪 现 象 。
  
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1925年，[[玻恩]]，[[海森堡]]和[[约当]]发表了光的 量子 场论的初步想法，但关键的一步是年轻且本不知名的物理学家[[狄拉克]]于1926年独自提出的场论。狄拉克的理论有很多缺陷：难以克服的计算复杂性，预测出无限大量，并且显然和对应原理矛盾。
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=== 量子 隐形传送===
  
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40年代晚期，量子场论出现了新的进展，[[ 理查德·费曼]] （Richard Feynman），[[朱利安·施温格]]（Julian Schwinger）和[[朝永振一郎]]（Sinitiro Tomonaga)提出了量子电动力学（缩写为QED）。他们通过重整化 的 办法回避无穷大量 ， 其本质是通过减掉一个无穷 大 量 来 得到有限的结果 。 由于方程复杂，无法找到精确解，所 以通 常用级数来得 到 近似解 ， 不过级数项越来越难算。 虽然 级数项依次减小，但是总结果在某项后开始增大，以至 于 近似过程失败。尽管存在这一危险，QED仍被列入物理学史上最成功 的 理论之一 ， 用它预测电 子 和磁场 的 作用强度与 实 验可靠值仅差/1,000,000,000,000 。
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对[[ 乾坤]] 大挪移 的 想象早已存在 ， 这在很 大 程度上 来 源于科幻故事或武侠小说 。 我们多么想忘掉汽车、飞机 以 及任何一种交 通 工具啊！很多人都会想 到 《[[星际迷航]]》中的那句经典台词：“斯科提 ， 把我传送上去！” 虽然 人类的隐形传送还仅限 于 想象 的 世界 ， 但量 子的 隐形传送已经 实 现了 。
  
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  尽管QED取 得 了超凡 的 成功 ， 它仍然充满谜团。对于虚空空间 （ 真空 ）， 理论似乎提供了荒谬的看法，它表明真空不空，它 到 处充 斥着小 的 电磁涨落。这些小的涨落是解释自发辐射的关键，并且，它们使原 子 能量 和 诸如电子等粒子 的 性 质 产生可测 量 的变化。虽然QED是古怪的，但其有效性是为许多已有的最精确的实验所证实的 。
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  这个过程有很多值 得 推敲 的 细节。第一点是 ， 我们传送的究竟是信息 （ 或者说量子态 ）， 还是物体本身？我们需要鲍勃拿 到的 粒 子 拼盘 和 被传送物体 的[[ 质量]]相同 。
  
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  对于 我们 周围 的 低能世界 ，量子 力学已足够精确，但 对 于高能世界 ， 相对论效应作用显著 ， 需要更全面 的 处理办法 ， 量子场论的创立调和了 量子力学 和狭义相 对 论的矛盾 。
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  第二点是， 我们 说 的 是量子隐形传送 ， 而不是 量子[[复印机]]。这要求不 对 被传送物体进行任何复制 ， 传送任务实现的时候 ， 也是原始物体自毁 的 时候。针对这一问题 ，量子力学 中有一个定理叫不可[[克隆]]定理，即禁止 对 一个物体进行完全复制 。
  
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  一个世纪以前，我们所理解的物理世界是经验性的；我们作这样自信的预测是因为量子力学为我们周围的世界提供了精确的完整的理论； 然 而，今日物理学与1900年的物理学有很大 的 共同点：它 仍 旧保 留 了基本的经验性 ， 我们不能彻底预测组成物质的基本要素的属性，仍然需要测量它们 。 或许，超弦理论是唯一被认为可以解释这一谜团的理论，它是 量子 场论的推广，通过有长度的物体取代诸如电子的点状 物 体来消除所有的无穷大量。无论结果何如，从科学的黎明时期就开始的对自然的终极 理 解之梦将继续成为新知识的推动力。从现在开始的一个世纪，不断地追寻这个梦 ， 其结果将使我们所 有 的想象成为现实。
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  虽 然 人类 的 隐形传送 仍 然停 留 在科幻小说中 ， 但这项技术很快就会在信息加密中有所应用 。<ref>[https://tech.sina.com.cn/d/i/2019-03-31/doc-ihsxncvh6997386.shtml  量子物理 虽好 ， 但 有 什么用呢？],新浪网，2019年03月31日</ref>
  
 
=='''量子物理学典型实例'''==
 
=='''量子物理学典型实例'''==
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===薛定谔的猫===
 
===薛定谔的猫===
  
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 是由[[奥地利]][[物理学]]家[[薛定谔]]于1935年提出的有关猫生死叠加的著名思想实验，是把微观领域的量子行为扩展到宏观世界的推演 。这里必须要认识量子行为的一个现象：观测。微观物质有不同的存在形式，即粒子和波。通常，微观物质以波的叠加混沌态存在；一旦人的意识参与到观测行为中，它们立刻选择成为粒子（意识在实验中扮演着什么角色？意识的参与是怎么作用到实验中的量子的？是什么性质的作用？是一种力吗？是什么过程？不知道…）。实验是这样的：在一个盒子里有一只猫，以及少量放射性物质。之后，有50%的概率放射性物质将会衰变并释放出毒气杀死这只猫，同时有50%的概率放射性物质不会衰变而猫将活下来 。
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 是由[[奥地利]][[物理学]]家[[薛定谔]]于1935年提出的有关猫生死叠加的著名思想实验，是把微观领域的量子行为扩展到宏观世界的推演。
  
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 根据经典物理学，在盒子里必将发生这两个结果之一，而外部观测者只有打开盒子才能知道里面的结果。在量子的世界里，当盒子处于关闭状态，整个系统则一直保持不确定性的波态，即猫生死叠加。猫到底是死是活必须在盒子打开后，外部观测者观测时，物质以粒子形式表现后才能确定。这项实验旨在论证量子力学对微观粒子世界超乎常理的认识和理解，可这使微观不确定原理变成了宏观不确定原理，客观规律不以人的意志为转移，猫既活又死违背了逻辑思维。
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  这里必须要认识量子行为的一个现象：观测。微观物质有不同的存在形式，即粒子和波。通常，微观物质以波的叠加混沌态存在；一旦人的意识参与到观测行为中，它们立刻选择成为粒子（意识在实验中扮演着什么角色？意识的参与是怎么作用到实验中的量子的？是什么性质的作用？是一种力吗？是什么过程？不知道…）。
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实验是这样的：在一个盒子里有一只猫，以及少量放射性物质。之后，有50%的概率放射性物质将会衰变并释放出毒气杀死这只猫，同时有50%的概率放射性物质不会衰变而猫将活下来。 根据经典物理学，在盒子里必将发生这两个结果之一，而外部观测者只有打开盒子才能知道里面的结果。
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在量子的世界里，当盒子处于关闭状态，整个系统则一直保持不确定性的波态，即猫生死叠加。猫到底是死是活必须在盒子打开后，外部观测者观测时，物质以粒子形式表现后才能确定。这项实验旨在论证量子力学对微观粒子世界超乎常理的认识和理解，可这使微观不确定原理变成了宏观不确定原理，[[ 客观]] 规律不以人的意志为转移，猫既活又死违背了[[ 逻辑]] 思维。
  
 
 薛定谔的猫本身是一个假设的概念，随着技术的发展，人们在光子、原子、分子中实现了薛定谔猫态，甚至已经开始尝试用病毒来制备薛定谔猫态，如刘慈欣《球状闪电》中变成量子态的人，人们已经越来越接近实现生命体的薛定谔猫。可是另外一方面，人们发现薛定谔猫态（量子叠加态）本身就在生命过程中存在着，且是生物生存不可缺少的 。<ref>[http://www.360doc.com/content/16/0204/00/29726932_532691288.shtml 王阳明心学与量子物理学，谁说我是唯心主义，这不科学啊！],个人图书馆网，2016-02-04</ref>
 
 薛定谔的猫本身是一个假设的概念，随着技术的发展，人们在光子、原子、分子中实现了薛定谔猫态，甚至已经开始尝试用病毒来制备薛定谔猫态，如刘慈欣《球状闪电》中变成量子态的人，人们已经越来越接近实现生命体的薛定谔猫。可是另外一方面，人们发现薛定谔猫态（量子叠加态）本身就在生命过程中存在着，且是生物生存不可缺少的 。<ref>[http://www.360doc.com/content/16/0204/00/29726932_532691288.shtml 王阳明心学与量子物理学，谁说我是唯心主义，这不科学啊！],个人图书馆网，2016-02-04</ref>
 
===鸽子笼 ===
 
===鸽子笼 ===
  
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 据物理学家组织网报道，传统的鸽子理论描述为：如果你把三只鸽子放进两个鸽洞里，每次至少要有两只鸽子在一个洞里。这一法则反映了计算的本质。而研究小组提出，在量子世界里这一法则是错的。“你可以在两个鸽洞里放无数多只鸽子，而不会有两只鸽子在同一鸽洞里。”查普曼大学量子研究院主管杰夫·托勒克森说。
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 据[[ 物理学]] 家组织网报道，传统的[[ 鸽子]] 理论描述为：如果你把三只鸽子放进两个鸽洞里，每次至少要有两只鸽子在一个洞里。这一法则反映了计算的本质。而研究小组提出，在量子世界里这一法则是错的。“你可以在两个鸽洞里放无数多只鸽子，而不会有两只鸽子在同一鸽洞里。”查普曼大学量子研究院主管[[ 杰夫·托勒克森]] 说。
  
 
 研究人员解释说，如果把三个粒子放在两个盒子里，观察者在制定检测顺序时，可能出现这种效应。首先，你对粒子位置做一个最初的“预先选择”检测；然后做中间检测，看看有没有两个粒子在同一个盒子里；最后，对粒子位置做一个“后选择”。你可以做出后选择和后选择检测，它们完全相互独立。在中间步骤，你可以做所谓的弱检测同时查看三个粒子。如果你这么做了，结果就是没有两个粒子会在同一个盒子里。<ref>[http://www.360doc.com/content/16/0204/00/29726932_532691288.shtml 王阳明心学与量子物理学，谁说我是唯心主义，这不科学啊！],个人图书馆网，2016-02-04</ref>
 
 研究人员解释说，如果把三个粒子放在两个盒子里，观察者在制定检测顺序时，可能出现这种效应。首先，你对粒子位置做一个最初的“预先选择”检测；然后做中间检测，看看有没有两个粒子在同一个盒子里；最后，对粒子位置做一个“后选择”。你可以做出后选择和后选择检测，它们完全相互独立。在中间步骤，你可以做所谓的弱检测同时查看三个粒子。如果你这么做了，结果就是没有两个粒子会在同一个盒子里。<ref>[http://www.360doc.com/content/16/0204/00/29726932_532691288.shtml 王阳明心学与量子物理学，谁说我是唯心主义，这不科学啊！],个人图书馆网，2016-02-04</ref>
  
 
=='''意识与量子理论'''==
 
=='''意识与量子理论'''==
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两位世界著名的科学家斯图尔特·哈默罗夫博士和罗杰·彭罗斯爵士强强联手提出了意识的量子理论，认为我们的灵魂是寄宿于脑细胞中的微管结构内。他们的理论源于大脑是生物计算机的概念，大脑具有1000亿个神经元及其轴突激发和作为信息网络的突触连接。
 
  
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 哈默罗夫博士是亚利桑那大学的麻醉学和心理学系荣誉教授、意识研究中心主任；而著名物理学家罗杰爵士自1996年以来一直在研究该理论。两位科学家认为，我们的意识经验是这些微管内的量子引力效应的结果，科学家把这个过程称为协调目标约化。在濒临死亡时，微管失去它们的量子状态，但是其中所含的信息不会被破坏。或者用外行人的话来说，灵魂不会死，而是回归宇宙之中。
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两位世界著名的科学家斯[[图尔特·哈默罗夫]]博士和[[罗杰·彭罗斯]]爵士强强联手提出了意识的量子理论，认为我们的[[灵魂]]是寄宿于脑细胞中的微管结构内。他们的理论源于大脑是生物[[计算机]]的概念，大脑具有1000亿个[[神经元]]及其轴突激发和作为信息网络的突触连接。
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 哈默罗夫博士是[[ 亚利桑那大学]] 的[[ 麻醉学]] 和[[ 心理学]] 系荣誉[[ 教授]] 、[[ 意识]] 研究中心主任；而著名物理学家罗杰爵士自1996年以来一直在研究该理论。两位科学家认为，我们的意识经验是这些微管内的量子引力效应的结果，科学家把这个过程称为协调目标约化。在濒临死亡时，微管失去它们的量子状态，但是其中所含的信息不会被破坏。或者用外行人的话来说，灵魂不会死，而是回归[[ 宇宙]] 之中。
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哈默罗夫博士在[[美国]]科学频道播出的纪录片《穿越[[虫洞]]》中解释了这一理论，量子灵魂理论也引发了很多人的热议。[[哈默罗夫]]博士表示，当[[心脏]]停止跳动，[[血液]]停止流动，微管就会失去其量子态。微管内的量子信息不会被破坏，也无法被破坏，它只是消散到[[宇宙]]之中。如果此时这个濒临死亡的人又恢复过来，那这个量子信息可以回到微管之中。而如果当人死亡，这种量子信息（即灵魂）可能就永远地存在于身体之外。
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哈默罗夫博士认为，关于量子效应的新发现还在[[生物]]过程中起作用，如嗅觉、鸟类导航和[[光合作用]]，这给该理论增加了说服力。<ref>[http://www.360doc.com/content/17/0115/06/31613535_622543772.shtml 量子物理学家称，在生命终结时，灵魂会离开神经系统并回归宇宙],个人图书馆网，2017-01-159</ref>
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=='''相关视频'''==
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1、万物简史13 你一定听不懂的量子物理（上）
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2、从量子物理学探索意识 第一集
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3、量子物理学的可怕事实
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4、北大听课讲量子物理 (1)
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== '''外部連結''' ==
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*[https://www.360kuai.com/pc/96f21f18c625a7aea?cota=3&kuai_so=1&sign=360_7bc3b157&refer_scene=so_55  量子计算机]
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*[https://baijiahao.baidu.com/s?id=1615755131734686500  关于量子物理学，每个人都应该知道的六件事]
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*[https://www.360kuai.com/pc/979a32fbcbb6b4ad5?cota=3&kuai_so=1&sign=360_7bc3b157&refer_scene=so_55  量子物理学可也解释“生命”吗]
  
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哈默罗夫博士在美国科学频道播出的纪录片《穿越虫洞》中解释了这一理论，量子灵魂理论也引发了很多人的热议。哈默罗夫博士表示，当心脏停止跳动，血液停止流动，微管就会失去其量子态。微管内的量子信息不会被破坏，也无法被破坏，它只是消散到宇宙之中。如果此时这个濒临死亡的人又恢复过来，那这个量子信息可以回到微管之中。而如果当人死亡，这种量子信息（即灵魂）可能就永远地存在于身体之外。
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== '''參考來源''' ==
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{{Reflist}}
  
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哈默罗夫博士认为，关于量子效应的新发现还在生物过程中起作用，如嗅觉、鸟类导航和光合作用，这给该理论增加了说服力。<ref>[http://www.360doc.com/content/17/0115/06/31613535_622543772.shtml 量子 物理 学家称，在生命终结时，灵魂会离开神经系统并回归宇宙],个人图书馆网，2017-01-159</ref>
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[[Category:330 物理 學總論]]

於 2019年11月17日 (日) 14:53 的最新修訂

量子物理

量子物理
原圖鏈接圖片來源於免費文檔中心網
別名 量子力學
知名於 與相對論一起構成現代物理學的理論基礎
知名作品 《上帝擲盒子嗎》

量子物理（量子力學 Quantum Physics），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 [1] 。

20世紀，量子力學給我們提供了一個物質和場的理論，它改變了我們的世界；展望21世紀，量子力學將繼續為所有的科學提供基本的觀念和重要的工具。

基本信息

中文名 量子物理  學   科 數理科學
外文名 Quantum Physics 領   域   物理  
別名  量子力學 地   位   現代物理學的基礎理論之一
提出時間   1900年  代表作品 《上帝擲盒子嗎》[1]

量子論

原圖鏈接圖片來源於小花生網

舊量子論

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。光譜的範圍很廣，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。儘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着一樣。

光的波粒二象性取決於你觀察問題的着眼點，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。接着，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。憑藉驚人的預見力，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。接着一系列的進展完全改變了思想的進程。

新量子論

縮略圖 原圖鏈接]圖片來源於學科網

1918年諾貝爾物理學獎得主馬克斯·普朗克（Max Planck）在1900年提出了普朗克輻射定律，量子論由此誕生。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嶄新的一代物理學家花了20多年時間的結晶。

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。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。

量子力學史

原圖鏈接圖片來源於超星慕課網

1923年路易·德布羅意（Louis de Broglie）在他的博士論文中提出光的粒子行為與粒子的波動行為應該是對應存在的。他將粒子的波長和動量聯繫起來：動量越大，波長越短。這是一個引人入勝的想法，但沒有人知道粒子的波動性意味着什麼，也不知道它與原子結構有何聯繫。然而德布羅意的假設是一個重要的前奏，很多事情就要發生了。

1924年夏天，出現了又一個前湊。薩地揚德拉·N·玻色（Satyendra N. Bose）提出了一種全新的方法來解釋普朗克輻射定律。他把光看作一種無（靜）質量的粒子（現稱為光子）組成的氣體，這種氣體不遵循經典的玻耳茲曼統計規律，而遵循一種建立在粒子不可區分的性質（即全同性）上的一種新的統計理論。

愛因斯坦立即將玻色的推理應用於實際的有質量的氣體從而得到一種描述氣體中粒子數關於能量的分布規律，即著名的玻色-愛因斯坦分布。然而，在通常情況下新老理論將預測到原子氣體相同的行為。愛因斯坦在這方面再無興趣，因此這些結果也被擱置了10多年。然而，它的關鍵思想——粒子的全同性，是極其重要的。突然，一系列事件紛至沓來，最後導致一場科學革命。從1925年元月到1928年元月：

沃爾夫剛·泡利（Wolfgang Pauli）提出了不相容原理，為周期表奠定了理論基礎。

韋納·海森堡（Werner Heisenberg）、馬克斯·玻恩（Max Born）和帕斯庫爾·約當（Pascual Jordan）提出了量子力學的第一個版本，矩陣力學。人們終於放棄了通過系統的方法整理可觀察的光譜線來理解原子中電子的運動這一歷史目標。

埃爾溫·薛定諤（Erwin Schrodinger）提出了量子力學的第二種形式，波動力學。在波動力學中，體系的狀態用薛定諤方程的解——波函數來描述。矩陣力學和波動力學貌似矛盾，實質上是等價的。

電子被證明遵循一種新的統計規律，費米-狄拉克統計。人們進一步認識到所有的粒子要麼遵循費米-狄拉克統計，要麼遵循玻色-愛因斯坦統計，這兩類粒子的基本屬性很不相同。 海森堡闡明測不準原理。

保爾·A·M·狄拉克（Paul A. M. Dirac）提出了相對論性的波動方程用來描述電子，解釋了電子的自旋並且預測了反物質。狄拉克提出電磁場的量子描述，建立了量子場論的基礎。玻爾提出互補原理（一個哲學原理），試圖解釋量子理論中一些明顯的矛盾，特別是波粒二象性。[2]

量子理論的創立人

原圖鏈接圖片來源於頭條網

量子理論的主要創立者都是年輕人。1925年，泡利25歲，海森堡和恩里克·費米（Enrico Fermi）24歲，狄拉克和約當23歲。薛定諤是一個大器晚成者，36歲。玻恩和玻爾年齡稍大一些，值得一提的是他們的貢獻大多是闡釋性的。愛因斯坦的反應反襯出量子力學這一智力成果深刻而激進的屬性：他拒絕自己發明的導致量子理論的許多關鍵的觀念，他關於玻色-愛因斯坦統計的論文是他對理論物理的最後一項貢獻，也是對物理學的最後一項重要貢獻。

創立量子力學需要新一代物理學家並不令人驚訝，開爾文爵士在祝賀玻爾1913年關於氫原子的論文的一封書信中表述了其中的原因。他說，玻爾的論文中有很多真理是他所不能理解的。開爾文認為基本的新物理學必將出自無拘無束的頭腦。1928年，革命結束，量子力學的基礎本質上已經建立好了。

Abraham Pais以軼事的方式記錄了這場以狂熱的節奏發生的革命。

1925年，Samuel Goudsmit和George Uhlenbeck就提出了電子自旋的概念，玻爾對此深表懷疑。10月玻爾乘火車前往荷蘭的萊頓參加亨德里克·A·洛倫茲（Hendrik A. Lorentz）的50歲生日慶典，泡利在德國的漢堡碰到玻爾並探詢玻爾對電子自旋可能性的看法； 玻爾用他那著名的低調評價的語言回答說，自旋這一提議是「非常，非常有趣的」。

後來，愛因斯坦和Paul Ehrenfest在萊頓碰到了玻爾並討論了自旋。玻爾說明了自己的反對意見，但是愛因斯坦展示了自旋的一種方式並使玻爾成為自旋的支持者。在玻爾的返程中，遇到了更多的討論者。當火車經過德國的哥挺根時，海森堡和約當接站並詢問他的意見，泡利也特意從漢堡格趕到柏接站。玻爾告訴他們自旋的發現是一重大進步。

量子力學要點

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波函數

系統的行為用薛定諤方程描述，方程的解稱為波函數。系統的完整信息用它的波函數表述，通過波函數可以計算任意可觀察量的可能值。在空間給定體積內找到一個電子的概率正比于波函數幅值的平方，因此，粒子的位置分布在波函數所在的體積內。粒子的動量依賴于波函數的斜率，波函數越陡，動量越大。斜率是變化的，因此動量也是分布的。這樣，有必要放棄位移和速度能確定到任意精度的經典圖象，而採納一種模糊的概率圖象，這也是量子力學的核心。

對於同樣一些系統進行同樣精心的測量不一定產生同一結果，相反，結果分散在波函數描述的範圍內，因此，電子特定的位置和動量沒有意義。這可由測不準原理表述如下：要使粒子位置測得精確，波函數必須是尖峰型的，然而，尖峰必有很陡的斜率，因此動量就分布在很大的範圍內；相反，若動量有很小的分布，波函數的斜率必很小，因而波函數分布於大範圍內，這樣粒子的位置就更加不確定了。[3]

波的干涉

波相加還是相減取決於它們的相位，振幅同相時相加，反相時相減。當波沿着幾條路徑從波源到達接收器，比如光的雙縫干涉，一般會產生干涉圖樣。粒子遵循波動方程，必有類似的行為，如電子衍射。至此，類推似乎是合理的，除非要考察波的本性。波通常認為是媒質中的一種擾動，然而量子力學中沒有媒質，從某中意義上說根本就沒有波，波函數本質上只是我們對系統信息的一種陳述。

對稱性和全同性

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氦原子由兩個電子圍繞一個核運動而構成。氦原子的波函數描述了每一個電子的位置，然而沒有辦法區分哪個電子究竟是哪個電子，因此，電子交換後看不出體系有何變化，也就是說在給定位置找到電子的概率不變。由於概率依賴于波函數的幅值的平方，因而粒子交換後體系的波函數與原始波函數的關係只可能是下面的一種：要麼與原波函數相同，要麼改變符號，即乘以-1。到底取誰呢？

量子力學令人驚詫的一個發現是電子的波函數對於電子交換變號。其結果是戲劇性的，兩個電子處於相同的量子態，其波函數相反，因此總波函數為零，也就是說兩個電子處於同一狀態的概率為0，此即泡利不相容原理。所有半整數自旋的粒子（包括電子）都遵循這一原理，並稱為費米子。自旋為整數的粒子（包括光子）的波函數對於交換不變號，稱為玻色子。電子是費米子，因而在原子中分層排列；光由玻色子組成，所以激光光線呈現超強度的光束（本質上是一個量子態）。最近，氣體原子被冷卻到量子狀態而形成玻色-愛因斯坦凝聚，這時體系可發射超強物質束，形成原子激光。

這一觀念僅對全同粒子適用，因為不同粒子交換後波函數顯然不同。因此僅當粒子體系是全同粒子時才顯示出玻色子或費米子的行為。同樣的粒子是絕對相同的，這是量子力學最神秘的側面之一，量子場論的成就將對此作出解釋。

四個最酷知識點

原圖鏈接圖片來源於新浪微博網

1.量子的概念

量子這個稱呼好像讓很多人完全糊塗了。在物理學中，它實際上指的就是某個事物可以分割的最小尺寸，即在這個尺寸以下不可再分割。比如我們熟知的光可以分成一份一份的光量子，光量子不可再分割。這有些違反人的直覺，光竟然不是連續的。這也解釋了許多經典物理學無法解釋的問題。

2.量子物理學的基本思想

量子力學中的所有物理屬性都可以有許多固定值，但從不介於兩者之間。比如原子的核外電子，在吸收或釋放能量時，會從一個軌道瞬間躍遷到另外一個軌道，而從來不會出現在任何兩個相鄰軌道之間出現。此外，各位看官如果有興趣還可以搜索「紫外災難」，看看量子力學如何解決經典物理學引發的悖論。

3.雙縫實驗

將一個光源放在有兩個狹縫的遮板前面，遮板後面再放一個白板。如果觀察光通過的兩個狹縫中的哪一個，它就會表現的像一個粒子，白板上只有兩條狹縫的光斑；如果你不觀察它穿過那條狹縫，它又會表現的像一個波浪，光子會同時穿過兩個狹縫並在白板上留下一串干涉光斑；但是如果你等待它穿過狹縫然後再觀察，將會迫使光子穿越回過去然後隨機選擇一個狹縫穿過來。觀察可以影響實驗結果，未來可以影響過去，這也是量子力學反直覺的例子之一。

4.量子糾纏

當電子和正電子相遇時會湮滅並產生兩個光子，這兩個光子會出現叫做量子糾纏的奇怪現象，兩者總是相互影響。在觀察它們之前，你永遠不可能事先知道兩個光子的旋轉方向。在你觀察之前，他們都是同時具有兩個旋轉方向。令人驚訝的是，如果你觀察其中一個，另一個將立即選擇相反的旋轉方向，永遠不會出錯。而且，這個過程似乎不需要消耗時間。[4]

第二次量子革命

量子計算機

電腦的性能取決於集成電路芯片的數量。英特爾的合夥創始人戈登·摩爾在1965年提出了摩爾定律，預測集成電路上可容納的晶體管數目大約每18個月便會翻倍。

這種增長是指數級的，讓人難以想象，因為我們的頭腦更習慣於進行線性計算。為了更形象地說明這一點，我們只要知道，現在隨便一個人口袋裡手機的性能，都比美國國家航空航天局第一次發送人類登月時用的計算機的性能強好多就行了。

但是依據摩爾定律，這種增長有一個界限：當晶體管小到原子大小，就不再適用了。到那時，量子力學中那些最奇特的法則就會生效，比如電子會因為「隧穿」跑到電線之外，那短路就是必然的結果。這便是量子計算機投入使用的時刻了。

在傳統計算機中，信息的最小單位是比特，也就是二進制，用「0」和「1」表示；在原子世界中，量子計算機運用的量子計算單位是量子位元，是「0」和「1」的量子疊加。

量子密碼學

量子物理能夠讓我們利用它奇怪的特性，用安全的方式給信息編碼。有很多關於量子密碼的協議，我們現在只介紹兩個原始的：BB84協議2和E91協議3。

BB84協議的名稱來源於創造者查爾斯· 貝內特（Charles Bennett）與吉勒斯·布拉薩德（Gilles Brassard）的姓氏首字母。它大膽運用了波函數的疊加和塌縮原理，也就是之前提過的那個「觀察和測量會改變量子狀態」的奇怪現象。

量子隱形傳送

對乾坤大挪移的想象早已存在，這在很大程度上來源於科幻故事或武俠小說。我們多麼想忘掉汽車、飛機以及任何一種交通工具啊！很多人都會想到《星際迷航》中的那句經典台詞：「斯科提，把我傳送上去！」雖然人類的隱形傳送還僅限於想象的世界，但量子的隱形傳送已經實現了。

這個過程有很多值得推敲的細節。第一點是，我們傳送的究竟是信息（或者說量子態），還是物體本身？我們需要鮑勃拿到的粒子拼盤和被傳送物體的質量相同。

第二點是，我們說的是量子隱形傳送，而不是量子複印機。這要求不對被傳送物體進行任何複製，傳送任務實現的時候，也是原始物體自毀的時候。針對這一問題，量子力學中有一個定理叫不可克隆定理，即禁止對一個物體進行完全複製。

雖然人類的隱形傳送仍然停留在科幻小說中，但這項技術很快就會在信息加密中有所應用。[5]

量子物理學典型實例

原圖鏈接圖片來源於網易網

薛定諤的貓

是由奧地利物理學家薛定諤於1935年提出的有關貓生死疊加的著名思想實驗，是把微觀領域的量子行為擴展到宏觀世界的推演。

這裡必須要認識量子行為的一個現象：觀測。微觀物質有不同的存在形式，即粒子和波。通常，微觀物質以波的疊加混沌態存在；一旦人的意識參與到觀測行為中，它們立刻選擇成為粒子（意識在實驗中扮演着什麼角色？意識的參與是怎麼作用到實驗中的量子的？是什麼性質的作用？是一種力嗎？是什麼過程？不知道…）。

實驗是這樣的：在一個盒子裡有一隻貓，以及少量放射性物質。之後，有50%的概率放射性物質將會衰變並釋放出毒氣殺死這隻貓，同時有50%的概率放射性物質不會衰變而貓將活下來。根據經典物理學，在盒子裡必將發生這兩個結果之一，而外部觀測者只有打開盒子才能知道裡面的結果。

在量子的世界裡，當盒子處於關閉狀態，整個系統則一直保持不確定性的波態，即貓生死疊加。貓到底是死是活必須在盒子打開後，外部觀測者觀測時，物質以粒子形式表現後才能確定。這項實驗旨在論證量子力學對微觀粒子世界超乎常理的認識和理解，可這使微觀不確定原理變成了宏觀不確定原理，客觀規律不以人的意志為轉移，貓既活又死違背了邏輯思維。

薛定諤的貓本身是一個假設的概念，隨着技術的發展，人們在光子、原子、分子中實現了薛定諤貓態，甚至已經開始嘗試用病毒來製備薛定諤貓態，如劉慈欣《球狀閃電》中變成量子態的人，人們已經越來越接近實現生命體的薛定諤貓。可是另外一方面，人們發現薛定諤貓態（量子疊加態）本身就在生命過程中存在着，且是生物生存不可缺少的 。[6]

鴿子籠

據物理學家組織網報道，傳統的鴿子理論描述為：如果你把三隻鴿子放進兩個鴿洞裡，每次至少要有兩隻鴿子在一個洞裡。這一法則反映了計算的本質。而研究小組提出，在量子世界裡這一法則是錯的。「你可以在兩個鴿洞裡放無數多隻鴿子，而不會有兩隻鴿子在同一鴿洞裡。」查普曼大學量子研究院主管傑夫·托勒克森說。

研究人員解釋說，如果把三個粒子放在兩個盒子裡，觀察者在制定檢測順序時，可能出現這種效應。首先，你對粒子位置做一個最初的「預先選擇」檢測；然後做中間檢測，看看有沒有兩個粒子在同一個盒子裡；最後，對粒子位置做一個「後選擇」。你可以做出後選擇和後選擇檢測，它們完全相互獨立。在中間步驟，你可以做所謂的弱檢測同時查看三個粒子。如果你這麼做了，結果就是沒有兩個粒子會在同一個盒子裡。[7]

意識與量子理論

兩位世界著名的科學家斯圖爾特·哈默羅夫博士和羅傑·彭羅斯爵士強強聯手提出了意識的量子理論，認為我們的靈魂是寄宿於腦細胞中的微管結構內。他們的理論源於大腦是生物計算機的概念，大腦具有1000億個神經元及其軸突激發和作為信息網絡的突觸連接。

哈默羅夫博士是亞利桑那大學的麻醉學和心理學系榮譽教授、意識研究中心主任；而著名物理學家羅傑爵士自1996年以來一直在研究該理論。兩位科學家認為，我們的意識經驗是這些微管內的量子引力效應的結果，科學家把這個過程稱為協調目標約化。在瀕臨死亡時，微管失去它們的量子狀態，但是其中所含的信息不會被破壞。或者用外行人的話來說，靈魂不會死，而是回歸宇宙之中。

哈默羅夫博士在美國科學頻道播出的紀錄片《穿越蟲洞》中解釋了這一理論，量子靈魂理論也引發了很多人的熱議。哈默羅夫博士表示，當心臟停止跳動，血液停止流動，微管就會失去其量子態。微管內的量子信息不會被破壞，也無法被破壞，它只是消散到宇宙之中。如果此時這個瀕臨死亡的人又恢復過來，那這個量子信息可以回到微管之中。而如果當人死亡，這種量子信息（即靈魂）可能就永遠地存在於身體之外。

哈默羅夫博士認為，關於量子效應的新發現還在生物過程中起作用，如嗅覺、鳥類導航和光合作用，這給該理論增加了說服力。[8]

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外部連結

參考來源

  1. ↑ 上帝擲骰子嗎,豆瓣網
  2. ↑ [1-388084-wrap 量子物理],百度網
  3. ↑ [1-388084-wrap 量子物理],百度網
  4. ↑ 關於量子物理學，你需要了解的 4 個最酷的知識點,百度網，2018-09-19
  5. ↑ 量子物理雖好，但有什麼用呢？,新浪網，2019年03月31日
  6. ↑ 王陽明心學與量子物理學，誰說我是唯心主義，這不科學啊！,個人圖書館網，2016-02-04
  7. ↑ 王陽明心學與量子物理學，誰說我是唯心主義，這不科學啊！,個人圖書館網，2016-02-04
  8. ↑ 量子物理學家稱，在生命終結時，靈魂會離開神經系統並回歸宇宙,個人圖書館網，2017-01-159
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