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量子概念泛滥的2019，我们该做点什么

科技 12-27 来源：中科院物理所

话说“遇事不决量子力学，解释不通平行时空”，

只要世间万物加上“量子”两个字，

嘿嘿嘿，

一切都变得有意思起来了。

今年非常火的量子波动速读，

听说，孩子蒙着眼睛，

依靠量子波动效应，

就能让书本上的知识流进脑海里,

当时看完这个广告，

小编气的差点就把怎么也学不懂的量子化学书丢掉了，

不过的确这个广告也收割了不少家长的智商税，

所以量子是什么东西，

在某宝，输入“量子“两个字之后，

神奇的事情出现了，

量子热能衣？量子保暖？量子养生衣?......

小编特意点进去看看介绍，

还被“科普“了一番，

看着这些具有“科技感“的配图，

仿佛万物皆可量子力学，

小编真的就是差点就信了。

万物皆可量子力学，原来真的不是盖的，

所以“量子”是什么，量子力学又是什么？？

量子力学可以说是近代物理最有成就的学科之一了，量子力学创立于 20 世纪初，如今已经应用在了非常多的领域，我们一旦将对物质的研究尺寸缩小到纳米（10^－9）层面，物质就显现出了量子效应。其中“量子”主要指的是，能量是量子化的，因为在量子力学成立以前，人们对能量的认识是都认为能量分布是连续的，并且服从麦克斯韦——玻尔兹曼分布。

然鹅，19 世纪末开尔文男爵提出了物理学界的两大乌云之一，就是当时的理论没有办法解释黑体辐射中的短波长部分，也就是紫外区的部分。所以这个问题也被人们称为“紫外灾难”。紫外灾难的意思就是说，一块烧红的铁块能够释放各个波长的电磁波，电磁波的分布如图，当时的科学家想去解释这个曲线，但是只能在长波长的部分描述大致的规律，在短波长部分的就没有办法解释了。

黑体辐射真实数据曲线与模拟曲线

终于，陷入乌云的物理界，被量子力学之父普朗克从水深火热中带了出来。他提出光的能量是可以分成一份一份最小基本能量元的，而不应该当成连续的来看。这个思路的提出，引导科学家们随后就精确的解释了黑体辐射曲线。

如今量子力学的大厦已经逐渐建立起来了。量子力学中有很多反常识的理论，所以量子力学也因其反常识、难理解的特点，而被别有用心的无良商贩利用成为智商税收割机。“量子”这两个字近年来被滥用也更多是在“保健品”行业，这些“保健品”受众也更多是长辈们。所以，关爱长辈就多给他们讲讲量子力学吧？你也不懂量子力学？

毕竟这是一门反常识的学科，据说谁看到量子理论还没发疯，那他肯定是没有看懂。所以......你懂了吧。

不管你懂没懂，来我们正经科普。小编来讲几个反直觉的例子。

我们经常用波函数来描述机械波或者电磁波，而德布罗意提出我们身边的物质都具有波动性，这个猜想在围观层面，也就是电子层面已经得到了验证。对于电子我们用薛定谔方程来描述，这个薛定谔方程的解被称为电子的波函数，它能够描述某一个电子的“一切”信息。这里的“一切”也正是科学家们想要知道的电子的概率分布。

这个解没办法告诉我们什么时候电子会在空间的什么位置出现。也就是说，这个解描述的不是电子的轨迹，但是能够告诉我们，电子在空间某一位置出现的概率。但是这个波函数也不是表示电子在空间中是以波的形式分布的，所以可以像求解机械波中的振幅一样求解出电子的振幅吗，这当然不是。

氢原子波函数和不同轨道电子密度分布

电子的波函数实际上是利用波函数的形式，来描述电子在某一空间的分布规律。求解出在空间 X 位置，和 T 时间的波函数值，是复数的形式。这个复数的模的平方，就代表 T 时刻，在 X 点找到电子的概率。

所以，世界的微观层面是随机的，这与宏观的质点运动具有确定性是不一致的。而这对于当时还不能接受这个概念的爱因斯坦，这就是为什么爱因斯坦会说出那句经典的话“上帝不掷骰子。”

爱因斯坦

还有一点就是，对于某一个量子体系，可能有多个波函数可以描述，将多个波函数进行线性组合后也依然可以描述这个体系，可以说波函数是“叠加态”的。也就是说，我们没办法确切的知道这个体系究竟是用哪一个波函数来描述。

我们通过一个波函数可以求解，通过另一个波函数也能够求解，这是两个完全不同的解，在我们没有对这个体系观测的时候，可以认为这两个解都是存在，是通过概率联系起来的“叠加态”。然而当我们对这个体系进行观测，那么这个解（态）就确定了，我们可能得到众多态中的一个，我们没办法知道另外的态是什么。这个体系也就丧失了“叠加态”，“坍缩”到了某一个态。

这也是著名的“薛定谔的猫”的论述的来源。