量子力學的未來是怎樣的?

2020-11-29 天文在線

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網友:量子力學的未來是什麼? 量子力學的未來是什麼?

回答:作為一門研究學科,量子力學在60年代隨著量子場論、馮·諾依曼混合態熵的嚴格度量以及貝爾定理的出現而結束,其中馮·諾伊曼熵作為糾纏的嚴格度量發揮了最大的作用。

下面這些都代表了傳統量子力學的延伸:

狹義相對論(量子場論很好地完成了它)

根據第一性原理預測粒子自旋的存在(多虧了狄拉克方程)

為量子力學中力的出現奠定了基礎(這就是為什麼我們現在有電致力、強力和弱力的量子處理)。

正確預測熱力學系統(感謝馮·諾依曼發明的密度矩陣,這導致了量子力學中熵的自然定義)。

正確地將材料描述為虛場的激發(這就是為什麼許多現代凝聚態物理學甚至生物物理學最終使用量子場論)。

建立量子力學不能用經典理論來解釋,除非信息的傳播速度超過光速。

既然我們已經有了解釋場的理論基礎,理論量子力學中剩下的主要未解決的問題是:

對於量子力學的解釋問題,理論物理學家比實踐物理學家更感興趣。

怎樣在量子場論中包含引力,在當今是一個非常重要和活躍的研究領域。

所以量子力學本身是沒有未來的。

除了上面提到的兩種情況外,它對於所有實際用途都是完整的。

實際的未來

現在存在的不是量子力學的問題,而是量子力學的應用問題。

舉個例子,也是最讓人印象深刻的這方面的問題:

高溫超導的正確描述是什麼?

還有許多其他類似的例子。

相關知識延伸閱讀

量子力學( QM,也被稱為量子物理學,量子理論,波力學模型或矩陣力學),包括量子場論在內的量子物理、量子理論、波力學模型或矩陣力學,是物理學中的一種基本理論,它描述了原子和亞原子粒子的最小能級上的自然現象。

經典物理學——量子力學之前就存在的物理學,是以以普通(宏觀)尺度描述自然。經典物理學中的大多數理論都可以從量子力學中推導出來,作為一種在宏觀尺度上有效的近似。量子力學與經典物理的不同之處在於,一個有界系統的能量、動量、角動量等物理量被限制為離散值(量子化),而且量的測量精度也有限制(測不準原理)。

量子力學逐漸從解釋其與經典物理學不一致的觀測現象的理論中興起,如1900年馬克斯·普朗克對黑體輻射問題的解答,以及阿爾伯特·愛因斯坦1905年發表的解釋光電效應的論文中能量與頻率之間的對應關係。

圖解:1927年第五次索爾維會議,此次會議主題為「電子和光子」,世界上最主要的物理學家聚集在一起討論新近表述的量子理論。

早期量子理論在20世紀20年代中期被歐文·薛丁格、維爾納·海森堡、馬克斯·波恩等人深刻地重新構想。而現代量子理論是用各種特別發展的數學體系來表述的,其中一個是數學函數波函數,它提供了關於粒子位置、動量和其他物理性質的概率振幅的信息。

圖解:普朗克定律(綠)、維恩定律(藍)和瑞利-金斯定律(紅)在頻域下的比較,可見維恩定律在高頻區域和普朗克定律相符,瑞利-金斯定律在低頻區域和普朗克定律相符。

量子理論的重要應用包括量子化學、量子光學、量子計算、超導磁體、發光二極體、雷射、電晶體和半導體如微處理器等、醫學和研究成像如磁共振成像和電子顯微鏡等。對許多生物和物理現象的解釋都是基於化學鍵的性質,尤其是大分子DNA。

參考資料

1.維基百科全書

2.天文學名詞

3. Consumer Tech-forbes-多芬的弟弟

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