时至今日,量子力学依然神秘,人类对它仍存在诸多疑问。4月14日是“世界量子日”,抖音知识类栏目《知识星期肆》特别邀请到中国科学院院士俞大鹏、中国科学技术大学教授陆朝阳两位量子领域顶级科学家,以及量子物理科普作家《上帝掷骰子吗》作者曹天元,千万粉丝科普创作者、中学物理老师李永乐,一起对量子力学作出权威解读。本次直播吸引了81.4万人次在线观看,网友可通过@抖音知识 收看完整回放。
节目由李永乐老师主持,他首先请三位嘉宾一句话总结:什么是量子力学?俞大鹏将其概括为“描述最底层、最基本粒子规律的一门科学”。陆朝阳教授解释说,当物理学家向微观探知,探索到比头发丝还要小100万倍左右时发现,其中的很多规律和平时生活中不太一样,从而总结出的一套物理规律。曹天元补充说,量子力学研究的是整个宇宙,从宏观到微观,只不过在微观领域,量子效应表现得更明显。他将量子力学总结为:万事万物都是波,其波函数按照薛定谔方程的规律演化。
“遇事不决,量子力学”,由于量子力学中的一些现象和人们直觉相违背,于是这个梗在网上流行。量子力学究竟有哪些奇怪之处?陆朝阳教授首先指出其不连续性,就像人们上楼梯,只能处于第一、第二、第三……个台阶,而不存在1.5个这样的台阶。同时,他还指出量子力学中的叠加态现象,就好比一个人可以同时处于两个台阶的相干叠加状态。目前人类还未发现这些现象背后的深层次原因。
曹天元则指出了量子力学中的不确定性。他一边讲解一边拿出了三片光学偏振片,其作用是可以过滤出某一个振动方向的光波。实验显示,当两个偏振片分别横向和纵向重叠放置时,所有方向的光波均被过滤,偏振片从半透明变成了不透明。可当把第三片偏振片以另一个角度插入两片中间时,偏振片竟然又变成了半透明,这显然与日常生活中的直觉相违背。他解释这就是量子力学中不确定性的一个体现,即某两个属性不能同时测准。他建议网友们可以在网上买三片自己试一下,“一百块钱不到你就可以领略到宇宙里面最大的秘密。”
正是由于量子论与宏观物理规律如此的不同,一些人将量子论与经典物理分出来,称之为“新物理”。俞大鹏院士表示反对将量子物理与经典物理割裂开来,并认为二者是相辅相成的。他解释,繁杂的宇宙中有电子、光子、夸克、胶子四种基本粒子,以及强力、弱力、电磁力、引力,四种相互作用力,它们构成了宇宙万物。“这些基本粒子的运动规律是不确定的,但它们组成的宇宙万物是确定的”。
那量子论在生活中到底有什么用呢?俞大鹏院士介绍,半导体技术、集成电路等技术的基础都用到了量子力学,但它们并不涉及量子效应。“我们现在要进行所谓第二次量子革命”,他从量子力学自身发展、半导体的技术瓶颈、大数据的计算需求,以及当前研发能力的提升等多角度,谈到了量子力学的未来发展前景。
对谈之余,四位嘉宾还回答了网友的若干提问,如量子怎么构成物质?有没有可能统一相对论与量子论?量子信息专业前景?薛定谔到底养没养猫等。网友们踊跃在评论区留言,“科普相当好”“这直播高端局呀”“我居然也在会议之列”“大神们多出来讲讲”。
据介绍,《知识星期肆》是由抖音知识策划的一档系列化知识栏目,定期邀请知识文化领域大咖,带着他们的最新观察和著作做客栏目,和网友一起畅聊时代议题、开拓知识视野。近年来,越来越多院士、教授、学者走进抖音,向公众传播科学知识。本期节目中的四位嘉宾均已开通抖音,网友可通过关注其抖音账号进行进一步交流。