量子力學及其應用現狀初探

姚閏晨

摘 要：量子力學作為現代物理學中的重要分支，其亦是用以描述微觀化粒子變化規律的一種學術理論。量子力學的產生與發展均對社會創新和科學進步帶來不可忽視的影響。因此，本文從量子力學出發，分析了量子力學的發展過程與基本特征，并就其應用現狀展開探討，以期為該理論的深入化研究創造有利條件。

關鍵詞：量子力學 粒子 發展 應用

隨著科學技術的不斷創新與世界經濟水平的持續提升，社會對于物理學的探討愈加廣泛，作為現代物理學兩大支柱之一的量子力學亦日益受到重視。量子力學是現代物理學中的重要分支，其以物質世界中的微觀粒子為研究對象，主要分析了微觀粒子的運動軌跡，例如原子、分子以及原子核等。截至目前，量子力學已經由傳統的個別假說逐步發展為具有一定成熟度的理論研究，并逐步應用于現實世界。事實證明，量子力學理論的不斷完善不僅有益于新一輪的科技革命，更對社會發展有著重要影響。[1]

一、量子力學的基本特征及其發展

1.量子力學的基本特征

量子力學是現代物理學的重要分支，其亦是在物理學不斷發展與創新的基礎上產生的。量子力學與相對論一起被認為是現代物理學的兩大基本支柱。具體來說，量子力學是分析并研究物質世界中的微觀粒子及其運動規律的一種理論體系，許多物理學理論和科學都是以量子力學為基礎所進行的，如原子物理學、固體物理學、核物理學以及粒子物理學等等。科學證明所有微觀粒子都具有明顯的波粒二象性特征，其這種狀態可整體被一種波函數所系統性地描述出來，此函數具有單值屬性、受限屬性及連續變化屬性，其客體的全部性質都能由這一波函數中獲得展示。[2]

2.量子力學的發展歷程

量子力學的發展并不是一蹴而就的，而是在相關研究發現的基礎上一步步猜想、假設與證實的。一般來說，量子力學的產生可界定為20世紀初期，它的形成從根本上改變了社會對于現有物質世界的認識，尤其是對于物質組成成分的認識。量子理論認為粒子的行為常常像波，用于描述粒子行為的“波函數”預測一個粒子可能的特性，諸如它的位置和速度。普朗克為了克服經典理論解釋黑體輻射規律的困難，而引入了能量子的概念，隨后愛因斯坦提出了光量子假設，而以玻爾為代表的一系列科學家則為量子理論的逐步發展做出了卓越的貢獻，如電子自旋概念與矩陣力學的提出。隨著相關概念與理論的相繼形成，1925至1928年，完整的量子力學理論方得形成。[3]

二、量子力學的現實應用與價值

1.量子力學與計算機技術

量子力學在一定程度上無疑推動了計算機技術的進步，量子計算機的產生更產生了諸多有益影響。自1646年第一臺電子計算機問世以來，其芯片發展速度日益加快。按照芯片的摩爾定律，其集成度在不久的將來有望達到原子分子量級，然而，在芯片發展到微觀集成的時候，量子效應會影響甚至完全破壞芯片功能。量子力學的海森堡測不準原理決定了粒子的位置和動量是不能同時確定的。因此，為了克服量子力學對計算機發展的限制，計算機的發展方向必然和量子力學相結合。量子計算機的制造理論首次提出于上世紀八十年代。量子計算機能夠使得計算機的存儲讀取方式量子化，一方面在于其存儲量大、速度高，另一方面則在于可以實現量子平

行態。

2.量子力學與能量運用

現代社會是資源社會，抑或是能量社會，伴隨著科學技術的發展與能源的不斷耗費，能量浪費問題日益受到社會各界的廣泛重視。能量浪費問題可以說是隨時隨地發生，例如發動機點燃燃料以產生推動車身前進的驅動力同時，相當一部分能量以熱量的形式散失，抑或說是直接浪費。科學家們在經過一系列研究，開始采用量子力學理論來解決能量浪費的問題。量子干涉描述了同一個量子系統若干個不同態疊加成一個純態的情況，研究人員利用它研制了一種分子溫差電材料，能夠有效地將熱量轉化為電能，這種材料的厚度僅僅只有百萬分之一英尺，在其發揮功效時，不需要再額外安裝其他外部運動部件，也不會產生任何污染。

3.量子力學與人類思維

對于宇宙間的物質波來說，依照波動學說做出的解釋，世上各種物質都是由波來構成，而依從微粒學說做出的解釋，所有物質都是由概率波挾持下的粒子組合所構成，那么如此說物質波是具備事物的基本屬性還是具備某種行為的特性，換言之，其自身即是屬于物理空間的終極本體，可能是原子式粒子是構成物理空間的終極本體，而物質波則只是此類本體的統計結果的展示.依照并協機理，波動理論與微粒理論均能夠進行運用，證明不了哪一個是真實的。倘若說某類實驗需要做波動化解釋，而另一類實驗需要做微粒化解答，那將是不科學的，應當是每一個實驗都可以并行化的應用兩種說法來解釋.其實，按等價描述理論就好理解了，即中間現象隨著描述的不同而不同，而現象則是這個類中的不變體，物質波就是中間現象。意識與量子一樣都是一種客體運動的過程，而不是一種客觀實體.人類的意識特征與量子力學特有的不可復制性、糾纏性、非定域性和非確定性的特點具有相似性，但實驗表明，意識并不是一個真正的物理問題，它是一種合成性的認識方式。[4]

結語

綜上所述，量子力學理論是用來描述微觀空間中的物質粒子（包含組成物質的分子、原子、原子核，以及其他形態的基本粒子等）之運動規律的學術理論。科學證明所有微觀粒子都具有明顯的波粒二象性特征，量子力學理論體系不僅可用于解釋人類意識等問題，更在現實生活中展示出了至關重要的應用價值。

參考文獻

[1]關于量子力學教學改革的一些探討[J].譚慶收，謝瓊濤.教育現代化.2018（46）.

[2]淺談物理學的主要發展方向——量子力學[J].史嘉琦.高考.2018（21）.

[3]從“弦理論”視角看量子力學[J].張夢瑤.高考.2019（03）.

[4]關于量子力學教學改革的一些探討[J].譚慶收，謝瓊濤.教育現代化.2018（46）.