謝謝阿方贈我這本《給孩子講量子力學》,真的是好有意思的書铃岔。瑾寶小時候我曾經買過那本《quantum physics for babies》汪疮,熟悉了里面一個概念,就是在經典牛頓力學里面毁习,能量是連續(xù)的智嚷。而在量子力學里面,能量是階躍的纺且。然而為什么會這樣盏道,怎么樣才能實現(xiàn)階躍,薛定諤的貓是什么東西载碌,這些概念全都不懂猜嘱。這本書,將量子力學的發(fā)展歷史娓娓道來嫁艇,概念也講得很清楚朗伶。然而不得不說,想要明白量子力學步咪,那還是差得遠了论皆。放棄吧,孩子還遠遠沒有到能明白量子力學的地步。不過等到孩子們像我們這般大時点晴,也許量子力學已經是一個人人都能熟知的概念了感凤。
要講量子力學,必須從經典力學開始講起粒督,這樣就不得不提到牛頓先生陪竿,從一個砸到腦袋上的蘋果發(fā)現(xiàn)了萬有引力。有句話叫做:“人類一思考屠橄,上帝就發(fā)笑萨惑。”也許是上帝不愿意笑的那么頻繁仇矾,于是就派遣了一些物理學家來到世上。這些大開腦洞的物理學家們解总,引領著人類慢慢靠近宇宙的真相贮匕,就像從密不透風的黑幕里掀開一條小小的縫,射進來光花枫。有一個得了諾貝爾化學獎的物理學家盧瑟福對自己得了諾貝爾化學獎憤憤不平刻盐,原因是憤恨自己為什么得的不是物理學的獎。他說了一句名言:“科學研究劳翰,除了物理敦锌,其他都是集郵”。相信我佳簸,看完這本書乙墙,你會無比同意這句話,對這些物理學家們真的是崇拜得五體投地生均。
一听想、不確定性原理。所有微觀世界中的粒子马胧,包括原子汉买,原子核,電子以及光子佩脊,全部都是量子的蛙粘,他們不滿足牛頓力學的規(guī)律。那么他們滿足什么規(guī)律呢威彰?答案是不確定性原理出牧。在微觀世界里,你無法同時測出物體的位置和動量抱冷。為什么會這樣呢崔列?為了測粒子的位置,我們首先得看見它。所謂的看見赵讯,就是讓光打到物體上面盈咳,然后再反射進人眼或者顯微鏡里。而每種光都有自己的波長边翼。如果光的波長比粒子的尺寸還長鱼响,那它就反射不回來了。而如果用波長比較短的光(能量也越大)组底,它就會干擾到它原來的運動丈积,這時候我們知道粒子的位置,卻沒法測準它的動量了债鸡。
二江滨、物質為什么能保持穩(wěn)定。現(xiàn)實中的物體都是由更小的原子組成的厌均,如果用顯微鏡看這些物體唬滑,會發(fā)現(xiàn)在原子之間存在很多空隙,兩個原子間的空隙大得不可思議棺弊。那為什么這些原子不會從空隙中掉下去呢晶密?盧瑟福發(fā)現(xiàn)原子由帶正電的原子核和一些帶負電的電子組成。而原子中的電子模她,并不在一個個獨立的軌道上運動稻艰,而像鬼影一樣到處移動。換句話說侈净,電子的位置是不確定的尊勿,任何時刻都會同時出現(xiàn)在很多地方,只有當我們去看的時候畜侦,才知道電子具體出現(xiàn)在哪里运怖;如果不去看,電子就會同時呆在很多地方夏伊。兩個原子之間既有相斥(物體不會塌陷)摇展,又有化學鍵使之相吸(不會爆炸)。
三溺忧、量子力學的作用咏连。第一個應用是激光。光由光子組成鲁森。每個光子都有一定能量祟滴。但激光比較特別,它里面的每個光子的能量都是一樣大的歌溉。所以激光的能量可以破壞特定的電子能量垄懂,激光脫毛骑晶,激光祛斑都基于這個原理。LIGO探測引力波的關鍵技術之一都也激光草慧。那么激光是怎么產生的呢桶蛔?激光產生的過程如同雪崩。當一個光子打入原子,可以誘導原子中的電子從高軌道跑到低軌道,同時發(fā)出跟第一個光子能量完全相同的新光子夯秃。這兩個光子再打入兩個新原子,就會跑出四個一樣的光子欺抗。不斷進行下去,就會形成一種原子的雪崩效應,產生大量的光子,這樣產生出來的就是激光竖共。第二個應用是半導體。這里面有一個摩爾定律非常出名俺祠,它說當價格不變時肘迎,每過兩年,半導體芯片所容納的晶體管數(shù)目會增加一倍锻煌。這意味著,一個芯片的計算能力每過兩年就會翻一番目前最小的芯片尺寸已經做到只有納米姻蚓,照這個速度發(fā)展下去宋梧,到2030年,晶體管就會變得只有一個原子那么大狰挡。到那個時候捂龄,不確定性原理就會起作用,直接干擾到這些晶體管的運行加叁。也就說倦沧,或許半導體芯片到2030年以后就會停止發(fā)展了。第三個應用還沒出現(xiàn)在現(xiàn)實中它匕,就是量子傳輸展融。1982年,三位物理學家發(fā)現(xiàn)一個重要的定理豫柬,叫量子不可克隆定理告希。他說的是,在量子世界烧给,沒有一個東西可以被完全的復制燕偶。雖然量子不可克隆定理禁止了微觀世界中的拷貝,但卻沒有禁止微觀世界中的傳輸础嫡。就是說指么,在量子世界中,你還是可以把一個微小物體的信息全部復制到一堆原材料里,從而造出一個一摸一樣的東西伯诬,但是與經典世界不同的是晚唇,原來的物體一定會被破壞掉。最終的效果是姑廉,一個物體會從自己原來的位置消失缺亮,與此同時,另一個地方會出現(xiàn)一個一摸一樣的東西桥言。
四萌踱、量子計算機。經典計算機最基本的元器件是二極管号阿,主要功能是開和關并鸵。而量子計算機不一樣,根據不確定性原理扔涧,一個微觀粒子既可以出現(xiàn)在一個地方园担,又可能出現(xiàn)在另一個地方。它有一個概率既可以是開的枯夜,也可以是關的弯汰。這種狀態(tài)就和薛定諤的貓很像。這樣湖雹,量子計算機的開關可以同時表達0和1這兩個數(shù)字咏闪,所以量子計算機的計算能力會非常強大。
總的來說摔吏,這是一本很好的科普量子力學的書鸽嫂,作者功力深厚,旁征博引征讲,物理學家們的傳聞逸事很有趣据某,里面用到的比喻也生動無比。不足之處在于诗箍,在很多情況下假設我們知道基本的概念癣籽,而事實上不是物理學出身的并不會知道這些概念,更不用說明白原理滤祖,但已經很好了才避。畢竟,這只是一本240頁的薄薄的書氨距。要明白量子力學桑逝,那智商足夠的情況下,估計要老老實實去讀個學位才能入門吧俏让。