量子力學最易懂的科普故事
聖德瑞安精準醫學
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聖德瑞安
將晦澀的健康知識簡單地說給你聽 ( ? 3?)?
「光」究竟是個什麼東西？千百年來，全人類受益於光的恩賜，卻不知光到底為何物！
人類對於光的無知，直到1655年開始有所改變。英國的博物學家胡克，提出了光的波動說，他認為光是一種波，與水波相似。
胡克等人認為，光是波。那就需要有傳播的媒介，像聲波通過空氣、水波通過水來傳播。但是真空中沒有物質，光是如何進行傳播的呢？
而胡克的反對者，是牛頓。他提出了光微粒說，認為光是極小的微粒，遵循運動定律。
然而按照牛頓的觀點，光是微小的顆粒。他雖然解釋了光的直線傳播和反射性質。但對於光的折射和衍射，牛頓的解釋並不令人滿意。
所以兩派觀點長期爭執不下，但誰都不能說服誰。
不過由於牛頓無與倫比的學術地位，他的粒子理論暫時佔據了主導。在此後100多年中無人敢於挑戰，而胡克的理論則漸漸為人淡忘。
不過後來的一場實驗，狠狠的打了牛頓的臉。1801年，托馬斯·楊進行了一項著名的實驗——「雙縫干涉實驗」。
實驗很簡單。
把一束光投射到一塊背景板上，前邊放置另外一塊開有兩個相鄰縫隙的板子。
如果光是粒子，那麼，實驗的結果應該是背景板上投射出兩條大約相同的狹窄光束。可實驗結果卻讓所有人都大跌眼鏡。
背景板上的投影卻是很多條。這對於牛頓提出的光粒子說簡直就是災難！
因為這樣的現象，是波的表現！
當我們觀察水波時會發現，兩個水波重疊的地方，波峰遇到波峰時水波會更高，波峰遇到波谷時候，會相互抵消消失。這種常見現象叫做干涉。
只有波才會有干涉。
實驗所使用的背景板上明暗相間的黑白條紋證明了光的干涉現象，從而證明了光是一種波。雙縫實驗徹底動搖了牛頓光粒子說的統治。
於是此後的50年間，光的波動說進一步發展。到十九世紀中期，開始主導科學思潮。人們認可了光是一種波，不是粒子。
但當時的物理學家總結出的兩個公式，都不能準確的計算物體發出的輻射。一個可以在輻射的長波部分計算出結果，另外一個公式可以在輻射的短波部分算對，可是一旦到相反的波段，答案就謬之千里了。
這就讓普朗克煩心了，他不能理解其中奧義，他的研究陷入了長期的困局。
「走投無路」的普朗克想，不然先強行的把兩個公式湊成一個滿足所有波段的公式吧，然後倒著推理，看看是什麼結果。
結果是，如要想讓組合在一起的公式成立，那麼物體發出輻射時，能量就不能是連續的，而是以一個微小數量的整數倍跳躍式的變化，也就是說能量的變化是一份一份的。
1901年，他把計算的結果發表，在論文中，他把這一份一份的能量起名為「量子」。
其他的科學家驗證出了普朗克的正確性，量子力學自此誕生，普朗克成為了「量子之父」。
1880年之後，愛迪生改良後的電燈泡開始大面積的推廣。人類對於光的利用達到了前所未有的高度。
德國人赫茲發現，用紫外線燈光照射金屬，裡邊的電子會被激發出來形成電流。光生成了電。赫茲稱其為「光電效應」，他卻做不出解釋。
1905年，在物理學界被稱為「愛因斯坦奇蹟年」。愛因斯坦在這一年中，發表了5篇劃時代的重要論文。其中一篇關於「光電效應」的論文，直接成就了愛因斯坦獲得諾貝爾獎。
愛因斯坦在論文中，重新提起光的粒子說。按照光粒子說和量子概念，光應當是由一份一份不連續的微小顆粒組成，他起名叫「光量子」，簡稱光子。
當某一光子照射到靈敏的金屬上時，它的能量被金屬中的某個電子吸收。電子的動能增大，克服了原子核對它的引力，飛出了金屬表面，成為光電子，形成光電流。
愛因斯坦對於光電效應的解釋，震動了已經普遍認可光波動說的物理學界。
一系列實驗驗證了愛因斯坦的正確性，人們開始意識到光同時具有波和粒子的雙重性質。對於光是什麼，這一持續近300年的爭論，終於以一個神奇概念的產生而宣告終結——光的波粒二象性。
科學家獲得了新的思路，原來一種物質是可以同時具有兩種截然不同性質的。波粒二象性就像一把鑰匙，微觀世界的大門被打開了。物理學家進一步發現，所有的粒子居然都是具有波粒二象性的！
經過幾十年孜孜不倦的研究，量子力學與已經沿用近300年的經典物理理論之間的矛盾日益明顯。
之所以出現這樣的局面，是因為科學家發現的量子現象，在宏觀世界中都不曾出現。量子力學和經典力學的對立，實質是微觀世界和宏觀世界對立的縮影。
難道同一個世界，不應該有同一個理論嗎？
於是科學家們也分了兩派開始相互質疑。
論戰使哥本哈根學派的思想廣泛流傳。
科學家們並未停步，他們聰明的繞過了研究誰對誰錯，而是選擇忠於實驗結論和計算結果。問到量子力學的原理，大多數物理學家會說「閉嘴，乖乖計算」。
波爾說：「我們稱之為真實的一切，都是由我們不能稱之為真實的東西組成。」量子力學，充滿許多匪夷所思的怪論，但是，一切的實驗和計算，都驗證出它是對的。原理如何，無人知曉；事實證明，愛因斯坦錯了。
根據量子力學的方程，人們設計了可以控制微小電流的開關，應用到激光、晶體管、集成電路等電子工業的大多領域。可以說量子力學如果不成立，那麼我們的電腦、手機、相機等等電子元器件將統統失靈。沒有量子力學的世界，我們只能回到蒸汽時代。
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