别再给量子速读交智商税了,来学学真正的量子物理学吧

前两年量子速读培训班很火,很多家长交了不菲的培训费,但事实证明这些都是智商税,直到国务院教育督导委员会办公室发布了通报之后,这股歪风才有所收敛。

量子速读这种看着就很不靠谱的培训能火,一方面是因为不法商家利用了众多家长望子成龙的焦虑心态,另一方面也是因为老百姓对量子物理学不了解,被一大堆听不懂的名词给忽悠住了。

影视圈有句话叫“遇事不决,量子力学”,意思是遇到写不下去的故事情节,套用量子物理学的概念,就可以把看似不合理的情节弥补过去。在电影《复联4》中,强大的灭霸就是被复联的英雄们利用量子领域给打败了。

在电影里怎么表演都不过分,但是实际生活中还是要讲究实事求是。在普通人看来,量子物理学的这类科学概念实在是复杂难懂,甚至是有些玄幻。

这是可以理解的,在人类历史上,某些重大的科学概念,总是要经过很长的一段时间才能被大众接受,因为这个过程需要打破人们头脑中已经固化的思想,是很困难的。

好在我们的生活水平在不断提高,我们老百姓接触新鲜事物的渠道和机会也越来越多,可以说这是一个对科学普及最友好的时代。像量子物理学如此高深的科学研究,我们也能有所了解。

由美国俄勒冈大学物理学教授迈克尔·G.雷默,就用非常通俗的语言,在《量子物理学》中为我们介绍了当前量子物理学的一系列问题和观点。

我们肉眼可见的世界,是建立在牛顿力学体系基础上的,也可以称为经典力学。比如物体运动的速度、时间等等概念,都可以通过经典力学中的各种公式计算出来。

1687年他发表《自然哲学的数学原理》,阐述了万有引力和三大运动定律,可以说是经典力学的开端。经过三百多年的时间,经典力学的概念已经扎根于人们的脑海中。

但量子物理学所展现出来的世界,跟我们脑海中的印象是完全不一样的。想要进一步了解和学习量子物理学,就需要做一些准备。

接受一个全新的事物,先要做心理建设,对于量子物理学来说,无论它的理论看起来有多么的离谱,我们都要先尝试着接受。

大侦探福尔摩斯说:当你排除一切不可能的情况,剩下的,不管多难以置信,那都是事实。我们也要把我们的“经典脑”更换成“量子脑”,用来接收“量子知识”。

1、量子物理学中的“量子”到底是什么意思?

很多商家喜欢炒概念,比如量子速读、量子暖宝宝等等,其实他们自己都不清楚“量子”是什么意思。

量子本来指的是能量的传递或释放,并不是一个连续平滑的过程,而是一份一份的。就好像我们走台阶一样,一个一个台阶是不连续的,我们可以走一个台阶,也可以走两个、三个,但我们没办法走半个台阶或是三分之一个。

这里边,“一份能量”的具体数值,在物理学上称为普朗克常数,它很小很小,约为6.6*10-34,也就是要到小数点后34位,这就是能量的最小单位,不能再进行分割了。

知道能量的量子性又有什么意义呢?

我们知道科学家做一项研究,一是要有理论模型,然后要有实验结果。只有二者符合得非常完美,才能算是一个完善的理论,才可以用来指导生活或者开发成可供人们使用的产品。

就好比我们自己家里做饭,我们的理论模型是两碗米,放三碗水,在电饭锅里煮20分钟,就可以做出一锅香喷喷的大米饭。

(这里的数据是我拿来举例的,并不是真实的情况,如果按这个结果做不出来香喷喷的大米饭,可不要怪我啊!)

在实际操作中,发现每次运用这个理论模型的结果都不一样,有时是生的,有时又糊了,有时饭硬了,有时饭粘了,那么就说明这个理论不是一个合理的,也就无法在生活中使用。

在对光的研究中,科学家们在实验中得到的结果,与利用经典物理学理论计算的结果并不吻合,这表示经典物理学理论需要进一步完善,量子物理学就从这里开始了。

使用量子物理学理论计算出的结果与实际试验的结果完美吻合,而这个量子物理学理论的基础,就是“能量是离散的”,也就是我们之前说的一份一份的。

2、量子物理学和经典物理学的主要差异是什么?

以前的人们认为牛顿的理论就是真理,因为我们所能看到的这个世界,各种物体所运行的规律,都很好地符合了牛顿的经典物理学模型。

但是,随着科学研究的越发深入,当研究的尺度越来越小,小到只有一个光子、一个电子大小时,经典物理学已经不再适用了。

那么量子物理学和经典物理学到底差别在哪里呢?有一个非常简单粗暴的理解方式:宏观世界,经典物理学起作用,微观层面,量子物理学起作用。

比如我们平时开车,如果车速是60公里每小时,那么我们很容易就知道,1个小时之后我们行驶的距离是60公里,这是一个很确定的结果。

经典物理学的特点就是这种“确定性”,我们的大脑也非常容易接受这种确定性。而且量子物理学就完全相反,它是“不确定的”。

就拿量子物理学中海森堡不确定性原理(又名“测不准原理”)来说:不可能同时精确确定一个基本粒子的位置和动量。

简单的理解就是我们没办法同时地、精确地知道一个电子的位置和速度。

量子物理学中还有很多概念是我们难以理解的,其中被大众所熟知的要属薛定谔的猫了,这只可怜的猫被封在了一个盒子里,如果不打开盒子,这只猫有可能是活的,也有可能是死的。

这就是量子物理学中特有的“叠加态”。

“态”在经典物理学中,表示一个物体当前的状态,它是可以通过仔细测量来确定的,比如这个物体的速度、位置,也就是说我们知道了这个物体的态,我们就知道了它的一切。

但在量子物理学中,我们不能百分百确定我们测量的结果,因为绝大部分测量结果是随机的,但是我们可以预测每个测量结果产生的概率。

这里,我们知道了在量子世界,最重要的思想是“概率性”。

比如我们去踢一个球,这个球会朝着我们踢出去的方向飞走,我们踢的时候力多大,球飞出去的速度是多少,最终会出现在哪里,在经典世界里都是可以计算的。

在量子世界里,这个球经历了哪些过程我们不清楚,我们只知道这个球有40%概率会出现在门口 ,有60%概率会出现在墙角。

学会了用概率来描述事物,我们就算是半只脚踏进了量子世界。

3、写在最后

量子物理学是涉及非常广泛的学科,它的不确定性、概率性正是其魅力所在。

我们现在能够进入信息时代,完全是量子物理学的功劳。现在的电子设备,包括计算机和智能手机,都是依赖电子的量子效应。而正在研究中的量子加密技术、量子计算机等等,也将在不久的将来,彻底改变我们的生活。

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