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李淼给孩子的量子力学科普

延迟阅读

(一)

1 粒子是波这个说法是不透澈对的,应该说粒子照旧粒子,只是在咱们看它之前,咱们不信服它在那边。而这个不信服性是由波动的性质得出的,便是说不信服性有高有低,就像波谷和波峰,是以这个不信服性的性质是波,而不是说粒子自己便是波。

2 在咱们测量光子之前,它是不信服的,它的不信服性按照波的方式呈现。当大宗的光子聚在沿路酿成一个经典的对象时,它的不信服性就变成信服性了,这个信服性由波来组成,这个波便是经典的波,像水面的波动那样。咱们凡俗说电磁波,原因就在于此,科学家是先发现电磁波,后发现光子的。虽然,科学家相同也先发现了光是波的,尽管很早之前,牛顿说过光是由粒子组成的,不外牛顿眼中组成光的粒子和爱因斯坦眼中的光子是不一样的。牛顿所说的组成光的粒子和很小的石块莫得区别,而爱因斯坦眼中的光子除了佩带能量和动量,与石头莫得任何调换之处。

3 当电子和原子核酿成原子的时候,电子是不错存在于原子除外的,只不外到了原子外面,咱们找到电子的可能性就变得很小。

4 X射线亦然电磁波,组成它的亦然光子。咱们不可说一个光子有多大,只可说它的不信服性,它的不信服性应当在一万亿分之一米到一亿分之一米之间。它的能量在万分之一电子能量到一个电子能量之间。

5γ射线的能量要高于一个电子的能量,大宗地照耀γ射线是不错致命的。但是极少照耀一下是莫得事的。

6 只须一个粒子存在于天地内部,它就永恒是不信服的。它的不信服性正如咱们前边所讲的,跟它的质地成反比,质地越大,它的不信服性越小。咱们东谈主的不信服性非常小,透澈不错忽略。

7 细胞由大宗的原子组成,最小细胞的尺寸也要比原子大一万倍,是以细胞的不信服性很小。也许比及咱们作念出纳米机器东谈主的时候,就不错一个一个地定位并杀死癌细胞,因为癌细胞是经典的,咱们不错精准地定位它。

8 “薛定谔的猫”原则上是不错存在的,但是存在的条目非常薄情,是以不可能存在于内容生计中,要是这个“薛定谔的猫”清楚在空气之下,那么它非死即活。这种征象波及量子力学的另外一个热切意见,便是退相关性,只须一个量子物体跟周围的环境发生相互作用,它就很难处在一个精准的量子态中。

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9 当一个原子处于一个浅显的原子现象时,它是不信服的。但是要是一个原子成长为一个很大的分子,那它就变成一个经典物体了,它就很信服了。一个物体能量越大,它的位置的不信服性就越小。

10 量子论和相对论是20世纪物理学的两大赈济。爱因斯坦完成了两项伟大的行状:一是提倡了狭义相对论,这个表面与量子力学透澈莫得矛盾;二是提倡了广义相对论,这个表面包含了万有引力。当东谈主们试图将量子力学用在万有引力上头时,就出现了无法措置的矛盾。科学家于今还在寻找不错透澈措置这个矛盾的表面。

11 量子这个意见是普朗克引进的,按照他的贯通,量子便是光内部的那些能量,一份一份的能量。其后,爱因斯坦发现,这一份一份的量子其实便是光子。刻下量子的含义则愈加复杂,不再是一份一份的能量,整个跟量子力学相关的东西齐可能被叫作量子。

12 正因为电子、原子是不信服的,咱们的椅子、桌子、沙发才不至于俄顷坍弛,咱们鄙人一讲中会仔细讲授。

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13 原子核内部发生物理变化的时候,产生的能量比原子发生变化时产生的能量要大好多,这也和不信服性旨趣相关,原子核越小,能量就越大。因为原子核比原子小十万倍,是以能量就会大十万倍。也便是说,核能比化学能大十万倍。原枪弹便是愚弄核能制造的,跟原子核相关,跟原子自己没相关系。

14 东谈主是由原子组成的,不是由量子组成的。但原子是遵命量子力学的,量子自己不是一个物体,量子只是一个说法,正如我前边所说的,它本来是光内部的一份一份的能量。其后量子变成一个意见,整个遵命量子力学的东西齐被叫作量子了。

咱们知谈的地球上的整个东西齐是由原子组成的,东谈主虽然亦然由原子组成的。

15 有一件事很热切,便是只是用碳原子就不错构造不同的物体。比如金刚石,也便是钻石,是由碳组成的。铅笔芯亦然由碳组成的,它们组成的方式不一样。还有好多其他咱们在日常生计中见到的,由碳元素组成的不同的物体。

16 不同原子之间的相互作使劲是不一样的,其实它们齐是由电磁力导致的。

17 凭证相对论,质地和能量是一趟事。

18 在原子内部,所谓电子的卓越,是从能量高的地场所能量低的地方卓越。凭证能量守恒定律,电子在卓越的历程中得辐照光子。要是从能量低的地场所能量高的地方跳,相同,凭证能量守恒定律,它必须接纳光子。

19 通盘天地充满了能量,除了能量莫得别的东西,只不外能量的时势不一样,有的呈现为电子,有的呈现为原子,有的呈现为光子,有的以至呈现为暗物资或暗能量。

20 在相对论里咱们会有不同的质地界说,有时把一个物体静止时的能量叫作质地,有时咱们把物体指引的通盘能量叫作质地,这两个质地的意见是不一样的。

21 凭证相对论,光速是最高的速率,引力波亦然以光速传播的。

22 量子力学的意旨有好多。第一,它能匡助咱们正确融会天下启动的规矩和方式。第二,它有好多应用,比如芯片里会用到量子力学。其实咱们日常生计中到处齐是量子力学,要是莫得量子力学,物体便是不踏实的。

23 任何一个有质地的粒子,它的速率原则上齐不可达到光速,因为达到光速时它的能量会无尽大。有质地的粒子,它的速率只可逐步地逼近光速,比如,要把一个质子加快到光速的99%,那么我需要的能量是这个质子质地的6倍以上。

24 粒子是不是无尽可分的?其实,凭证当代粒子物理意见,粒子不是无尽可分的,它分到一定进度就只剩下一些所谓的基本粒子,这些基本粒子是不可再分的,它们齐是最基本的。

(二)

1 原子中的电子是一个基本粒子,它是点状的,莫得大小,是以不会爆炸;整个基本粒子在物理学中齐是数学上纯正的点,莫得大小也莫得长宽,因此不会爆炸。

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2 炸药为什么会爆炸?这是一个很好的问题。要是咱们不燃烧炸药,它不会爆炸。炸药爆炸的原因是它发生了化学反馈,便是炸药里的不同身分发生了反馈。这些化学反馈有时会产生斥力,这时候就会发生爆炸。

3 经典物理虽然有效,当好多原子和分子组合在沿路,这团物资被行为一通盘对象的时候,它就清闲经典物理学,但是经典物理学没法讲授物资为什么会保捏踏实。

4 土壤会塌陷是因为当土壤重到一定进度的时候,土壤华夏子的斥力不及以屈膝压力,是以会塌陷。当土壤密度大到一定进度之后,也便是当你将土壤夯实到一定进度的时候,它的分子和原子之间的斥力不错放置压力,就不会塌陷了。

5 整个物理学规矩齐是用履行来考证的。当一个原子掠过另一个原子时,它有可能把阿谁原子里的电子带走,这个带走的可能性是不错盘算的,就像两对舞伴相互途经的时候有可能交换舞伴,交换的可能性也不错盘算——假如咱们知谈这些舞蹈东谈主的心念念。

6 火是一个意见,当咱们看到火的时候,其实是一团物资在发光。加热物资之后,它内部原子中的电子会被激励出来,电子从原子中掉出来就会辐照光。是以火自己不是物资,火只是物资发光的一种征象。

咱们凡俗把火进取烧的阿谁发光的部分行为火,其实它大部分是气体。铁也发光,咱们会说铁烧红了而不说那是火,这是风气说法。铁发光的时候跟空气发光是一模一样的。

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7 每个质子和电子齐有信服的分量。要是能称分量,每两个电子的分量是透澈调换的,这便是费米发现的事实:整个电子齐长得一模一样,莫得宗旨辩认。每两个质子的分量亦然透澈调换的,虽然,不同元素的分量不同。氧元素与碳元素的分量是不同的,金原子与银原子的分量也不同,总之,每个不同元素的原子齐有不同的分量。

8 咱们不错造出一些不踏实的重原子核,异常重的元素凡俗是东谈主造出来的。有时候一个很重的元素刚造出来就被拆除了。

9 电子永恒不会遭遇原子核,因为电子便是围绕着原子核的一团雾。当两个原子逼近的时候,它们的电子会相互干豫对方,但不会遭遇原子核。

10 电子能量高的时候不错叫成高能粒子,中微子高能的时候亦然高能粒子。不同的粒子之间会发生不同的反馈。电子最小(最轻),电子是基本粒子。原子核不是基本的,原子核内部有质子和中子。质子和中子也不是基本的,质子和中子是由夸克组成的。

物理学家一般认为夸克自己是基本粒子,莫得大小,像电子一样。原子莫得宗旨被切成若干份,是因为原子由原子核和电子组成,你只可把电子从原子中拿掉,然后剩下一个原子核,你莫得宗旨把原子核切成若干份。夸克是基本粒子,像电子一样不可再分。

1. 黄瓜:山药和黄瓜同食容易引起腹泻,因为黄瓜性寒,与山药性味相冲突,容易损伤脾胃功能。

11 刻下不错信服中微子不是暗物资,暗物资一定是咱们不知谈的一种粒子,或者某几种粒子。

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​12 咱们刻下凡俗用的加快器齐是用来加快电子或质子的,因为它们齐带电,不带电的粒子是莫得宗旨被加快的。

13 中微子之间险些莫得眩惑力,因此不不错用中微子组成任何物资,原子之间是有眩惑力的,是以原子不错用来组成物资。

14 夸克是基本粒子,电子亦然基本粒子,中微子和光子也齐是基本粒子,当咱们说大小的时候,指的是它们的质地,而不是尺寸,皇冠信用因为基本粒子齐莫得尺寸。

15 电子不可组成物资,因为电子齐带相同的电荷,它们之间是相互放置的,必须要将原子核和电子放在沿路智力组成物资。

16 刻下在加快器上不错通过碰撞的宗旨制造出反物资,但不可多数地分娩。

17 物资蕴蓄大到一定进度的时候,可能会塌缩成黑洞。黑洞酿成之后,咱们不可说出它由什么物资组成,因为只须黑洞的质地一样大,它们就长得一模一样。

18 亚原子是一个意见,咱们凡俗将比原子小的东西叫作亚原子。原子核是亚原子,电子、中微子、基本粒子齐是亚原子。

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19 要是不经过剧烈的历程,凡俗当然界中只须比太阳大好多的物资才会塌缩成黑洞,比如,天体内部的黑洞质地齐卓越了10个太阳的质地。前段技艺引力波发现了两个黑洞,一个是36个太阳质地,一个是29个太阳质地。

20 虫洞是一个想象的东西,也许它并不存在,只是一个物理学家想象的东西,虫洞只是一种时空形态,而不是任何物资。

21 基本粒子莫得大小,这一丝是很难贯通的,因为它有质地,是以也便是说,它的密度是无尽大的。简直,物理学家用量子力学和相对论来讲授基本粒子,就得假定它莫得大小,在逻辑上是这么的。

22 不信服性旨趣是海森堡发现的,电子在原子中的位置是不信服的。当你试图信服电子在原子中的位置时,频频这个电子也曾被你打出原子,不在原子内部了。

23 正常电流,比如电线内部的电流,由指引的电子组成。这些指引的电子是若何来的?当电子变成摆脱现象时,在电压的作用下,会从一个原子核跳到另外一个原子核,它们就成为指引的电子了。但半导体内部也不错由其他方式产生电流,便是少了一个电子的原子指引起来产生了电流。

(三)

1 为什么会有光子和原子?这个问题物理学家并没给出谜底,咱们只知谈,在咱们这个天下里,有光子,也有原子。有了光子,这个天下就有了神态。光子是电磁波的最小组成部分,咱们也曾将电磁波应用于好多方面。有了原子,才有了地球、行星、太阳和其他好多物资,以及东谈主类。也许在另外一个天下里莫得光子和原子,只是在咱们的天下里有。

2 咱们的大脑是不是一个量子盘算机?意志是不是量子盘算的产物?这个问题下一讲会讲。要是是的话,当咱们传输东谈主类的时候,主要传输的将是咱们的大脑和意志。

3 终极动力有可能是物资和反物资,但最快也要200年以后东谈主类智力对这种动力进行愚弄。我的乐不雅意想是,东谈主类在100年之内,玩忽能够达成受控热核聚变,这么的话,咱们就不错在地球上造出东谈主造小太阳。

4 要是东谈主类的大脑是一台量子盘算机,咱们把一个东谈主的大脑传输到另外一个地方去,在阿谁地方出现的东谈主应当照旧本来的东谈主。因为凭证量子不可克隆定理,本来的这个东谈主会被毁灭,而他会出刻下另外一个地方。

5 两束激光照在沿路时,基本不会发生什么反馈,它们只会对穿而过。关联词,当咱们把它们的亮度调到非常高的时候,两束激光也会发生反馈。

6 二极管相配于一个浅显的开关,三极管会放大信号。集成电路内部,放大信号的功能瑕瑜常热切的,因此三极管就很热切。

7 量子传输不可能达到时光机的成果,不可能让咱们回到以前。

8 永动机是不可能达成的,不论用经典的定理照旧量子的定理,齐不可能达成。

9 原子核碰撞的时候,多数情况下什么齐不会发生,少数情况下会发生核裂变和核聚变。受控热核聚变,是那种不错一直发生的聚变,同期它不会产生剧烈的爆炸。太阳烧毁的历程不是受控热核聚变,而是剧烈爆炸的聚变,但是太阳不错烧毁50亿年。

10 反物资和物资销毁产生能量的遵守很高,核聚变遵守低一丝,但是反物资非常难以制造。

11 英特尔公司的芯片制造,只是在比分子眉目更高的结构上头来制造,用激光来作念光刻。刻下还不存在用到原子核的芯片,也许有一天咱们会愚弄原子核来作念芯片。阿谁时候的芯片也曾不是刻下的芯片,应该不错叫作量子芯片了。

12 凡俗,比太阳大十倍以上的恒星,烧毁到终末的技艺,热核聚变住手了,或者热核聚变撑捏不了恒星宏大的万有引力,它就会束缚地疲塌,终末变成黑洞。

13 有东谈主说加快器会产生微弱黑洞,这有可能,只是刻下还不可能。物理学家发现,要是存在高维空间,那么就有可能产生小黑洞。要是莫得高维空间,就产生不了小黑洞。

14 星系是恒星的围聚,因此,咱们会说一个星系内部有若干恒星。咱们的星河系里至少有2千亿颗恒星,其中有一多半齐在发光。这些发光的恒星和咱们的太阳很像。

15 在达成量子传输之前,咱们不会知谈被传输东谈主的感受如何。就像咱们作念其他任何事情一样,比如在制造出超音速飞机之前,咱们不会知谈翱游员感受是怎么的。

16 量子传输应当是赤诚的传输——把一个物体传到另一处,

赢得的新物体和本来的一模一样。能不可篡改被传输的东谈主?应该不错,这是达成赤诚传输之后下一步的事情。

17 整个的物资内部齐有原子核,包括电子家具,但电子家具莫得愚弄到原子核。

18 黑洞是莫得特殊外形的,整个黑洞的外形齐是由它的质地和旋转所决定的。在质地和旋转决定了以后,整个的黑洞长得齐是一样的。

19 要是把咱们东谈主压缩到比原子核还小一万亿倍,就会酿成一个黑洞,虽然此时东谈主也曾不是什么生物了。

20 我以为将来是一个咱们无法想象的天下:第一,在200年之后,咱们很可能制造出反物资飞船。第二,也许约莫100年之后,咱们将制造出量子盘算机,也许在那之后50年傍边,咱们就能制造出一个指甲盖大小的量子盘算机,它的运算智力是刻下天下上整个的盘算机加起来齐够不上的。

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21 咱们拷贝了东谈主的主要量子态,其罢休跟东谈主的指引现象没相关系,因为咱们只是拷贝了东谈主的大脑和肌肉的组成部分。拷贝了肌肉结构和大脑结构,基本上就把咱们拷贝下来了,跟指引没相关系。就相配于你今天晚上就寝,未来早上爬起来时信服不一样。细节上是不一样的,但是你的肌肉、大脑的结构和组成部分照旧一样的。

22 《 三体》中出现了神奇的二向箔,将太阳系吸进二维的天下,很壮不雅。凭借咱们现存的物理学表面,还不可把任何东西镌汰到二维。

23 原子中间有原子核。当原子核和原子在沿路的时候,原子核要么带走原子中的电子,要么会跟原子中的原子核发生反馈。具体要看这个原子核离原子有多近了。

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(四)

1 我倾向于认为东谈主脑是很复杂的,况兼我非常容或瑟夫对我提倡的问题的恢复,便是说东谈主脑一定比咱们刻下发明的任何机器齐要复杂。要是咱们能发明量子盘算机,那么东谈主脑信服会像量子盘算机,因为当然界中只须有一种东西不错愚弄,我以为东谈主类就会将它愚弄起来。

2 咱们频繁以为咱们的决定出自我方的意志,关联词有东谈主以为咱们的决定其实是咱们受环境影响作念出的,这便是著名的摆脱意志辛劳。我信托咱们有摆脱意志,因为量子力学是不信服的,也便是说咱们作念出的决定不一定是信服的。这非常好,这么就给咱们将来的可能性提供了好多种采选。

3 我以为东谈主类的大脑便是一个小天地,以至某种意旨上比天地还复杂,因为它会联成一个集结,而天地的星系和星系之间,随机能连成一个集结。

4 东谈主类大脑中有个丘脑。丘脑是愈加原始的脑,也便是原始动物的那种脑,它能谨记愈加原始的心理,如选藏、鼎沸。尽管丘脑不高档,但它很热切。要是一个东谈主走在大街上,一副天不怕地不怕的样貌,我猜他十有八九是莫得丘脑(开打趣)。

5 东谈主类的大脑有好多眉目,开始进的便是大脑皮质,它进化到今天,已变得非常复杂。我问过瑟夫什么样的动物会作念梦,他说并不是整个的动物齐会作念梦,山公玩忽会作念梦,但山公的梦莫得东谈主类的梦那么复杂、那么多。

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6 郭光灿预言40年以后就会有通用量子盘算机,阿谁时候,量子盘算契机像刻下的智高手机一样,风靡全天下。我个东谈主的不雅点认为,莫得量子盘算机,就莫得真确的东谈主工智能。真确的东谈主工智能像东谈主一样,具有心情,能够作念出隐隐的判断。好多事情是必须要用到量子盘算机的。

7 量子盘算机启动功能刚烈,要是咱们想模拟通盘天地,就需要用到它。它会愚弄所谓的量子比特,好多原子、原子核最原始的现象便是这种现象,当然界中存在好多这种东西,是以必须用到原子核、光子,而不瑕瑜常大的二极管。

8 正常盘算机里的元件信服不是量子比特,因为二极管的现象齐是经典的,齐是信服性的开或关。

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9 东谈主类的逻辑念念维,从纯正速率上来讲,虽然赶不上河汉二号。但是东谈主类的念念维方式不同于正常盘算机,是以不可用纯正的速率来相比。对正常盘算机来说,你给出一个领导,它给出一个信服的罢休,东谈主类则不同,你很难判断一个东谈主会如何恢复你的领导。

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10 量子盘算神秘想变得和东谈主类大脑一样,可能要复杂到一定进度才行。东谈主类大脑有860亿个神经元,是以你不错想象,需要若干量子比特智力成为一台特意志的机器。

11 要是把东谈主的大脑行为一台量子盘算机的话,我以为通盘东谈主类社会便是一台高档量子盘算机,因为它把好多台量子盘算机串起来了。其实东谈主类大脑,真的便是量子盘算机,咱们也制造不出其他量子盘算机来了。要是要制造出功能刚烈的量子盘算机,就要把咱们东谈主类连合起来。

12 通用量子盘算机其实无用很大,只须150个量子比特,我以为就也曾很强横了。它的特色是什么事情齐不错作念,不单是是加法或者减法。可能几十个量子比特就不错了。

13 一朝有了量子盘算机,将东谈主的意志上传就可能会达成欧博体育,当时东谈主类会不会达成长生?这是一个比篡改东谈主类基因更大的问题,它波及伦理、谈德等东谈主类社会的各个方面。

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