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高等教育出版社,量子力學(xué)教程周世勛( 二 )

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量子力學(xué)在發(fā)現(xiàn)之初，逐漸從理論中解釋出無(wú)法與經(jīng)典物理學(xué)相協(xié)調(diào)的觀測(cè)，這一類的現(xiàn)象主要有馬克斯普朗克在1900年對(duì)黑體輻射問(wèn)題的解決方案，以及愛(ài)因斯坦1905年論文中提到的能量與頻率的對(duì)應(yīng)關(guān)系，而這解釋了光電效應(yīng) 。早期的量子理論在20世紀(jì)20年代中期由ErwinSchr?dinger，Werner Heisenberg，Max Born和其他人深刻地重新構(gòu)思而成 。
現(xiàn)代理論以各種專門(mén)開(kāi)發(fā)的數(shù)學(xué)形式表述 。在其中波函數(shù)的數(shù)學(xué)函數(shù)提供關(guān)于粒子的位置，動(dòng)量和其他物理性質(zhì)的概率幅度的信息 。圖 波函數(shù)的的電子在不同能量水平為氫原子量子力學(xué)的實(shí)際應(yīng)用在簡(jiǎn)單介紹量子力學(xué)之后，相信大部分讀者還是處于懵懂的狀態(tài)，為了進(jìn)一步說(shuō)明量子力學(xué)的正確性和合理性，我舉幾個(gè)生活中的產(chǎn)品應(yīng)用到量子力學(xué)原理的例子 。
量子力學(xué)已經(jīng)有了巨大的成功，尤其是在解釋我們的許多宇宙的特性上 。量子力學(xué)通常是唯一可以揭示構(gòu)成所有形式物質(zhì)（電子，質(zhì)子，中子，光子和其他物質(zhì)）的亞原子粒子的個(gè)體行為的理論 。量子力學(xué)強(qiáng)烈地影響了弦理論，即萬(wàn)物理論的候選者（可查詢：還原論等） 。量子力學(xué)對(duì)于理解單個(gè)原子如何通過(guò)共價(jià)鍵連接形成分子也是至關(guān)重要的，如產(chǎn)生的量子化學(xué)學(xué)科 。
量子力學(xué)還可以通過(guò)明確地顯示哪些分子在能量上有利于哪些分子以及所涉及的能量的大小來(lái)提供對(duì)離子和共價(jià)鍵合過(guò)程的定量分析 。此外，大多數(shù)現(xiàn)代執(zhí)行的計(jì)算的計(jì)算化學(xué)依靠量子力學(xué) 。具體來(lái)說(shuō)，有以下幾點(diǎn)：電子設(shè)備方面許多電子器件在量子隧道效應(yīng)下工作 。例如最簡(jiǎn)單的燈開(kāi)關(guān)中 。如果電子不能通過(guò)金屬接觸表面上的氧化層進(jìn)行量子隧穿，則開(kāi)關(guān)將不起作用 。
USB驅(qū)動(dòng)器中的閃存芯片使用量子隧道來(lái)擦除其存儲(chǔ)器單元 。一些負(fù)差分電阻器件也利用量子隧道效應(yīng)，例如諧振隧穿二極管 。與傳統(tǒng)二極管不同，其電流通過(guò)兩個(gè)或多個(gè)勢(shì)壘的共振隧穿來(lái)承載 。其負(fù)阻力行為只能通過(guò)量子力學(xué)來(lái)理解：當(dāng)受限狀態(tài)接近費(fèi)米能級(jí)時(shí)，隧道電流增加 。隨著它移開(kāi)，電流減少 。量子力學(xué)是理解和設(shè)計(jì)這種電子設(shè)備所必需的 。
【高等教育出版社,量子力學(xué)教程周世勛】圖 諧振隧穿二極管器件的工作機(jī)制密碼學(xué)研究人員目前正在尋求直接操縱量子態(tài)的強(qiáng)大方法 。正在努力的更全面地開(kāi)發(fā)量子密碼術(shù)，理論上可以保證信息的安全傳輸 。與傳統(tǒng)密碼術(shù)相比，量子密碼術(shù)產(chǎn)生的固有優(yōu)勢(shì)是被動(dòng)竊聽(tīng)的檢測(cè) 。這是量子比特行為的自然結(jié)果; 由于觀察者效應(yīng)，如果要觀察到疊加狀態(tài)的位，則疊加狀態(tài)將坍縮成本征態(tài) 。
因?yàn)轭A(yù)期的接收者期望以疊加狀態(tài)接收該位，所以預(yù)期的接收者將知道存在攻擊，因?yàn)樵撐坏臓顟B(tài)將不再處于疊加狀態(tài) 。量子計(jì)算機(jī)另一個(gè)目標(biāo)是開(kāi)發(fā)量子計(jì)算機(jī)，預(yù)計(jì)它將比傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)以指數(shù)方式執(zhí)行某些計(jì)算任務(wù) 。量子計(jì)算機(jī)不使用經(jīng)典比特，而是使用量子比特，它們可以處于狀態(tài)的疊加 。量子程序員能夠操縱量子比特的疊加，以解決經(jīng)典計(jì)算無(wú)法有效執(zhí)行的問(wèn)題，例如搜索未排序的數(shù)據(jù)庫(kù)或整數(shù)分解 。
中國(guó)為什么還不把量子力學(xué)寫(xiě)進(jìn)教科書(shū)？

高等教育出版社,量子力學(xué)教程周世勛


答：量子力學(xué)，在高中義務(wù)制教育中是有的，但是并不作為重點(diǎn) 。比如下面這套中學(xué)教材，第三冊(cè)第二十一章：就提到了量子力學(xué)，不過(guò)知識(shí)點(diǎn)都是些基本概念，在應(yīng)試考試中，考察點(diǎn)最多的就是光電效應(yīng)，除此之外，基本都不做要求，相當(dāng)于選修 。在大學(xué)本科階段，一般理工類專業(yè)的物理課程，量子力學(xué)涉及的知識(shí)點(diǎn)稍微多了一些，會(huì)加入原子能級(jí)，不確定性原理，波粒二象性，黑體輻射等等概念 。

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