本帖最后由 我在找恋恋 于 2025-5-30 22:30 编辑
文文：请问琪露诺读完后有什么感想吗？ ⑨.俺是幻想乡最强的！ 文文：明白这篇解读意思吗？ ⑨：明白！ 所以，既然最笨的妖精都能明白，那么就请大家放心阅读了。不懂之处可以在下面回。 笨鱼我这么辛苦做科普，求求大家给几个积分吧，欧内该（） 这里还要感谢论坛用户星阁少女给予的帮助。 将完成 那经典物理体系 开头此句为背景介绍。随着牛顿力学的筑固、麦克斯韦方程提出而建定律立的电磁学、三大热力学提出建立的热力学，经典物理学大体框架已完成。它们可以很好地解释从日常生活到太阳系宏观尺度上的物理问题。生于19世纪的普朗克在选择物理为大学专业时，一位教授说，物理学中重要的事情都给别人发现完了，这门学科没有广阔的前景。但接下来量子力学的诞生，会让人们困扰到现在。 对金属 燃烧五色火苗 线分隔 完全无法说明 那干脆 尝试用着整数思考！ 将太阳光引入棱镜，会折射成不同波长的光投在屏上，将其记录下来即为光谱。但是原子的光谱都是线状谱，为一条条单独的线分布在光谱上。1885年，瑞士科学家巴耳末对氢原子的谱线总结出一个经验性公式，但无人能说明其意义。公式中自变量n仅可以取大于2的正整数。 其实此处歌词原意为“尝试用着量子化思考”，但当时的巴耳末是绝对不会有这么超前的设想。这句句意不通，后来与别人讨论得到建议后，我就以“整数”替换了。 疑难重 黑体辐射问题 能否用 量子假说把握 新难题 天空乌云笼罩 小能量子大胆又有何妨？ 在1900年4月27日的科学报告会中，开尔文做出了著名演讲，把当前经典物理学所面临到的两个困境称之为两种乌云：第一朵乌云是迈克尔——莫雷实验，这个实验是关于对以太的探索，导致了后来相对论的产生，这里不过多介绍；第二朵乌云就是上述提到的关于黑体辐射实验的困境。 任何物体都会吸收辐射增而变热，同时反射辐射。物体也在不停放出辐射而变冷。假若有一物体，能全部吸收而不反射，我们便称之为黑体（因为黑色会吸收，白色会反射）。通过对黑体辐射强度与波长的研究，德国的维恩1896提出维恩分布公式。公式在短波区与实验结果非常相符，但在长波区偏离较大。相反，英国的瑞利在1900年提出的公式仅适用于长波区。此时普朗克知道了维恩公式和长波区的基本关系（瑞利——金斯公式要到1905才成型）。他先凑出一个适用的公式，且完美符合实验。然后他开始思考公式意义，发现必须采用“能量子”的假设才能解释。 经典物理学一直将世界的变化看作连续的，但量子假设认为能量的传递仅可以是一份一份的。这好比紫妈的年龄不是能经过某个特定的时间，而是只能一段一段时间的叠加。由于假设过于大胆，普朗克认为这只是为了方便而引入的假设，并试图同经典理论调和。而关于能量最小的一份的多少，则由普朗克公式得出： E =h v E为能量，h为普朗克常数，v为辐射的频率。 兴味起 吸引来爱因斯坦 设想光 千万粒子射放 得解释 提出光电效应 于是成为光的量子假说 1887年，赫兹在进行探索电磁波实验时意外发现一个小现象：当有光照射到金属装置时，就更容易产生电火花；当把窗帘拉上时，室内黑暗时所产生的电火花就比之前微弱。他忠实的把这个现象给记录下来，来，其他物理学家做实验时同样发现了这个现象并引起关注，人们给其取名为光电效应。通过不断研究，人们发现当光照射到镜子上时，会从金属的表面打出电子来，电子向外逃逸。对于某些特定金属来说，光能否从金属的表面打出取决于光的频率，它打出多少电子则取决于光的强度。这里的奇怪之处在于在我们一般的认知中，光的强度是和能量有关的，但是能量越大却并不一定能把电子打出来；光的频率决定电子发射的快慢，应该决定能打出多少电子，但实际上这才是决定能否打出电子的关键。 后来在瑞士伯尔尼专利局，小职员爱因斯坦上班摸鱼之时研究了光电效应，并在1905年3月17日发表论文在《物理学纪事》上。爱因斯坦读过了普朗克论文，并借用了其量子化思想，他将光的能量传递基本单位也设想为一份一份的能量值，即光子。联系我们上面提到的普朗克公式，光量子的最小能量决定于它的频率，只有一定量的能量才能使它溢出金属表面。光的强度决定光量子在光线中的数量，与单个光子的能量大小无关。这里爱因斯坦再次挑战了经典物理学体系，并因此引起第三次光的本质的争论，同时他也因为这篇论文获得1921诺贝尔奖，不过光电效应只是解释了，并未得到证实（实际原因是他的相对论影响非常广大，但是还没得到证实，诺贝尔奖委员会为了严谨性，所以不得不先给他的已经得到证实的光电效应颁奖） 经典体系叨叨坚持连续 基本单位可是粒粒常数 解释复解释 却无法理解 经典漏洞何处 光电效应因而得诺贝尔奖 保留意见怀疑嚷嚷又喧嚣 康普顿散射 证明偏离原路道 直到1923年康普顿散射才有力证明了老爱的理论。1918年到192年，美国的康普顿在研究时候对X射线的散射时，发现散射的射线中大部分和原入射波长是相同的，但也有少数是大于原波长。经典物理学预测是散射应当与原波长相等，同实验现象不符。于是康普顿借用了爱因斯坦的光子模型来解释这种效应：动量时质量和速度的乘积，X射线中的光子和石墨晶体中的电子碰撞时要把一部分动量，就相当于速度传递给电子，速度减小而波长因而增大。他也因此获得1927年的诺贝尔奖。 试试那 托马斯双缝实验吧 双缝实验太著名了，这里我就不自己写，抄deepseek了： 1. **道具：** * 一个能发出光（比如一束激光）的光源。 * 一块不透明的板子，上面刻着**两条非常靠近的细缝**。 * 在板子后面放一块屏幕，用来接收穿过细缝的光。 2. **“常识”预期：** * 如果你想象向两条缝扔小石子（粒子），石子穿过缝后，会在后面的屏幕上形成**两条亮斑**，对应两条缝的位置。 * 你觉得光穿过两条缝，也应该在屏幕上形成**两条亮带**吧？ **第二步：令人惊讶的结果（光的波动性）** * **实际看到：** 当光穿过两条缝后，屏幕上出现的**不是两条亮带**！而是出现了一系列**明暗相间的条纹**，就像斑马线一样。中间最亮，然后两边对称地分布着亮带和暗带。 * **这像什么？** 想象你往平静的水池里同时扔两块石头，会产生两圈水波。当这两圈水波相遇时： * 在某些地方，波峰遇到波峰（或波谷遇到波谷），它们**互相加强**，水就溅得更高（**亮条纹**）。 * 在某些地方，波峰遇到波谷，它们**互相抵消**，水面就相对平静（**暗条纹**）。 * 屏幕上出现的明暗条纹，正是**光波相互干涉**的结果。就像水波一样，光波穿过两条缝后散开、重叠，在某些地方加强，在某些地方抵消。 * 这个实验第一次**强有力地证明了光具有波动性**。在杨氏做实验之前，人们还在争论光到底是粒子还是波。这个实验为“光是波”提供了关键证据。 总之，这个实验否定了自牛顿以来光本质的微粒说，光也因而也有了波的波长、频率（即周期倒数）。 光的性质 粒子抑或波吗 差一点 将碰及就要推理出 永恒动人 原子的稳定性 原子最初有J.J.汤姆逊提出的枣糕模型，后来因为和α粒子散射实验结果不同给卢瑟福升级成核式结构模型，就像我们大多数人想象的原子那样中心是带正电的原子核，带负电的电子在轨道上不断绕核旋转。但是根据经典理论，运动的电子会释放出电磁波，能量会不断减少，速度因而减小，而根据圆周运动公式合力F=mv²/r（v是速度，r是半径）半径也会减小，最后电子落到原子核上。但如果真这样世界早就完蛋了（）这不稳定永恒 奠基者 玻尔的三个新假说 三假说： 1.原子只存在于具有非连续值的能量的状态中，这些状态被成为定态 2.两个不同的定态之间的跃迁所放出的能量，等于这两个定态的能量的差值 3.满足量子化条件的状态才可以成为定态 定态各异 跃迁散发光芒 大部分理科生，特别是数学物理学家特别追求那种普世而永恒又能简洁优美的理论，他们心中有一个更完美的上帝。所以我们量子力学重要贡献者丹麦玻尔，在普朗克的量子化思想的地基上，在1913年造了一间小茅屋，虽然尚显简陋，但是量子力学终于有个家了：这就是原子结构模型。这个东西我也懒得多讲，高中必修多少会学一点儿，这里就请deepseek帮忙： 想象一个**微型太阳系**： 1. **核心是原子核：** 就像太阳在中心一样，原子中心有一个又小又重、带**正电**的**原子核**（由质子和中子组成）。 2. **电子像行星：** 带**负电**的**电子**，就像行星围绕太阳转一样，在原子核外面特定的**轨道**上运行。 3. **关键的不同：行星轨道是“固定楼梯”，不是斜坡：** * 在真实太阳系里，行星可以在离太阳任意距离的轨道上运行。 * 但玻尔说：**不行！在原子世界里，电子只能在一些特定的、固定的圆形轨道上运行。** 想象这些轨道像楼梯的台阶，电子只能站在某一级台阶上，不能站在两级台阶中间。 * 这些特定的轨道被称为**“定态”** 或 **“能级”**。每个轨道对应一个特定的**能量值**（就像每一级台阶的高度不同）。 …… **简单总结玻尔模型：** * 原子像微缩太阳系：原子核在中心，电子绕核转。 * 电子轨道是“量子化”的：只有某些特定轨道（能级）是被允许的，像固定的楼梯台阶。 * 电子在轨道上稳定运行，不损失能量（原子稳定）。 * 电子吸收能量跳到高轨道（激发）。 * 电子跳回低轨道时，一次性释放能量差，发出特定颜色的光（解释了原子光谱）。（这即是跃迁） 玻尔的理论得到了卢瑟福的帮助和我们开头提到的巴耳末公式的启发，也是代代相传了。 咕噜 咕噜 舞步转动 难道 是回转的 德布罗意波？ 后来人们在解释玻尔的分立的定态轨道时，有一位法国贵族青年名德布罗意，他从电子的频率的意义开始思考，运算后发现，当电子以v的速度前进时一定伴随一个c²/v的波。这个波速超过了光速，但不携带实际能量和信息，所以不违反相对论。但是这个波从何而来？德布罗意认为，电子就是这个波。德布罗意将他的发现写成了博士论文，后来得到了电子衍射图像的证实。人们便称之为德布罗意波。但是这里波粒二象性的思想还不能说已经建立 海森堡 物理量嵌入条框 再按照 量子数组合描写 PQ倒 交换律不再生效 君且看 这就是矩阵力学 接着，玻尔的徒弟海森堡开始研究电子在原子中的运动，建立一个基本的运动模型。在1925的夏天，他建立了描述电子运动的矩阵力学，发表在《物理学杂志》上。但是矩阵力学非常复杂，有许多地方当时人们尚不理解其意义。例如，对于两个不同矩阵P和Q，PQ≠QP，乘法交换律不生效。 薛定谔 思考的电子云波 普遍化 量子场波动方程 竟相应 同矩阵力学等价 数学形式相互作用展示 而在1925年末到1926，德国的薛定谔在情人的陪伴下精力大爆发，连续发表六篇论文来解释电子的运动。他从德布罗意方程出发，建立薛定谔波动方程。而且若我们求解方程中的总能量E，会得到一组整数解，可以很好解释电子只能处于分立轨道上。很快，薛定谔和美国的埃卡特很快证明不同出发点的波动力学和矩阵力学是等价的。但是因为波动方程更加简洁易懂，所以在物理学界影响力远大于矩阵力学，没几个人用的好海森堡的矩阵。 玻恩统计诠释区域的分布 意义到底何物Ψ的平方 解释为概率 怀疑又怀疑 可怜思考猫生 然而薛定谔对自己波动方程的理解是，当其与电子的电荷相乘，就代表电荷在空间中的实际分布。直到德国的波恩前辈指出： 是概率。波函数Ψ的平方代表电子出现在某处的概率。此波为电子的概率幅波。 这即是概率诠释。电子的运动我们实则根本不可能预测，但是我们可以通过波动方程知道概率，来预测大量电子的分布。 思考猫生指后来薛定谔的思想实验，这个下面再提。 不能完美确定坐标与动量 同时精确观测不可能做到 量子力学终成 与君共抚掌！ 前文提到的矩阵乘法交换律不生效，若将P看做动量，Q看做位置，这说明两次观测获得数据是不同的。海森堡意识到，我们不可能同时精确知道电子的动量和位置。这即是不确定性原理，也叫测不准原理。 了解到这两大原理后，玻尔又总结出互补原理，即波粒二象性。量子同时具有波和粒子的两种性质，一时间只能表现出其中一种。若我们照射金属打出光子、进行康普顿散射实验，就表现出粒子的性质；若进行双缝实验、电子衍射，则又表现出波的性质。将其延伸，我们可以总结为：一个客观物体在被观测到之前，我们是不能确定它的存在，讨论它的实在这时没有任何意义。三大原理完成，量子力学这栋大厦终于有了框架，第三次光波粒之争也落下帷幕。 玻尔、海森堡、波恩等人组成了哥本哈根学派，代表量子力学的正统学派，在1927年科莫会议宣布其诞生，后来又在第五次、第六次索尔维会议与群雄辩经，特别是爱因斯坦常常用各种思想实验诘难新生的量子力学，而玻尔也是睡一觉放松第二天就想好无懈可击的回招，让老爱不得不口服。不过老爱只是口服，心里一直难以抛弃心中经典物理的种种假设。 怀疑着 EPR 诘难的谬论 两个量子 遥遥纠缠玩闹 局域中 实在性常识的真伪 如今迷茫 依然尚不知晓 在屡战屡败后，老爱仍never never give you up～EPR佯谬是老爱带上同事波多尔斯基和罗森在1935向哥本哈根学派发起的又一次挑战。想象一个大粒子，在两观察者之间中点分离裂成两个小粒子，若一者自旋方向为左，则另一者必为右以保持总体守恒。但在刚分裂时二者的状态处于左右两种旋转的概率的叠加态，要得到观察后才能确定左右。现在飞出很久后，A粒子得到观察，波函数坍缩，随机确定为左旋，B粒子必为右旋。可问题是假若两者之间已隔了几万光年，信息传递至少需要几万年，粒子们是如何同步变化的呢？这里有两个基本假设：1、局域性，即信息和能量传递不能超过光速；2、实在性：观察之前粒子就已有一个自旋状态，即使是左右状态概率的叠加。这种情况我们称之为量子纠缠。 但是玻尔 注 意 到 ！ 老爱是提前预设观察之前已有自旋。按照严格的理论在这之前两独立粒子并不存在，只能看作已确定的大粒子的一个整体。至此玻尔赤裸裸击碎了经典物理学的根基之一——我们的世界是真的客观存在的吗？还是我们观察到才有的？这个世界竟然像mc一样玩家探索到一片地区，才生成此地区的地貌和群落。 推导出 以检验贝尔不等式 自旋方向 AB随机测量 相关性 绝对值实际超过2 所以 实在性的破坏发生 当然还是有人希望拯救这个疯狂的世界。英国的约翰·贝尔于1964在EPR思想实验的基础上，还要让两位观察者记录自旋方向，看看粒子是不是真的有一种默契。他提出贝尔不等式用以检验。简而言之，若相关性不大于2，也就是粒子们“友军有难，不动如山”，则错的不是世界；若大于2，即粒子们合作一致，则这个世界颠了，量子力学胜出。 上帝开了个玩笑，经过大量实验证明，玻尔老登赢了，粒子Alice和Bob的舞步非常协调。 与量子 共纠缠一同嬉戏吧 隐形传态 作为信号低语 复重迭 叠加态反复的计算 并行不紊 计算机实用化 恒河沙 毫毛尖微小的尺度 勇敢构造 下一代物理学 常识 打破 前进的理论 日夜密谈 在纠缠舞厅 最后一段就是量子力学的应用，我就不想多谈了，这篇解读既有手机打字又有手写文稿，我太累了（）直接用了deepseek来做赏析 这段歌词用诗意的语言描绘了量子计算的核心原理和愿景，充满了科技浪漫主义色彩。以下是逐句解析： 1. **“与量子 共纠缠 一同嬉戏吧”** * **量子：** 指量子比特，量子计算的基本信息单位。 * **纠缠：** 指**量子纠缠**。这是量子力学最奇妙的特性之一：两个或多个粒子（量子比特）无论相距多远，其状态都会瞬间关联。改变其中一个，另一个会瞬间响应。 * **共纠缠 一同嬉戏：** 将“纠缠”拟人化。歌词鼓励我们（或计算机）去利用、操控这种奇妙的量子纠缠现象，就像和它们一起玩耍、合作一样。这体现了量子计算需要主动利用纠缠来执行并行运算。 2. **“隐形传态 作为信号低语”** * **隐形传态：** 指**量子隐形传态**。这不是瞬间移动实物，而是利用量子纠缠，将一个粒子的量子态精确地、瞬间地传输到另一个遥远粒子上的技术。信息本身并未以经典方式“传递”，而是通过纠缠和经典通信共同完成态传输。 * **作为信号低语：** 将“隐形传态”比喻成一种微妙的信号传递方式。“低语”暗示这种传输是精妙的、非传统的（不依赖于物理载体移动），如同在窃窃私语中完成信息的远距离同步。 3. **“复重迭 叠加态 反复的计算”** * **叠加态：** 指**量子叠加**。这是量子计算的核心基础。一个量子比特可以同时处于 |0> 态和 |1> 态的叠加态（概率组合）。N个量子比特可以同时处于 2^N 种可能状态的叠加态中。 * **复重迭：** 强调多个量子比特同时处于叠加态，形成极其复杂且庞大的状态空间（2^N 种状态重叠在一起）。 * **反复的计算：** 指量子算法需要在叠加态上执行一系列量子逻辑门操作（计算步骤），利用量子干涉效应放大正确答案的概率，同时抑制错误答案的概率。 4. **“并行不紊 计算机实用化”** * **并行：** 指**量子并行性**。这是量子计算最强大的优势。由于量子比特处于叠加态，量子计算机在操作一个包含N个量子比特的量子寄存器时，理论上可以**同时处理**它所代表的 2^N 种可能状态。这是经典计算机（一次只能处理一种状态）无法比拟的。 * **不紊：** 意指“有条不紊”、“秩序井然”。虽然量子系统本身是概率性的且容易受到环境干扰（退相干），但成功的量子算法设计和量子纠错技术旨在让这些巨大的并行计算过程变得可控、可靠、结果清晰。 * **计算机实用化：** 这是整段歌词的最终目标和愿景。它点明所有这些量子特性（纠缠、隐形传态、叠加态、并行性）的最终目的，是为了构建出真正有实用价值的量子计算机，解决经典计算机难以企及的问题（如复杂分子模拟、优化问题、破解特定密码等）。 **总结:** 这段歌词形象地浓缩了量子计算的精髓： 1. 它基于**量子比特**。 2. 核心资源是**量子纠缠**和**量子叠加态**。 3. 利用**量子并行性**在指数级庞大的状态空间中进行计算。 4. 关键技术包括**量子隐形传态**（用于量子网络和通信）。 5. 目标是克服技术挑战（“不紊”），最终实现**实用化的量子计算机**。
前两句是量子信息技术，优点是非常安全。后两句是量子计算机，可以进行非常大规模的运算。
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发表于 2025-5-30 22:16:27
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