量子力學真的已經很成功的應用在工程技術上面了嗎?

我主業生物,物理也就高中水平。。

最近有點兒閑,舍友在看一本叫「量子史話,上帝擲骰子嗎」的書,看他看的挺帶勁就借來翻了一次。說實話,沒怎麼看懂。

感覺太懸了,有很多無法理解的東西。

掂了掂自己的數學水平,也就放棄了,不想去理解了。

但就是最後想問問各位物理大神們這個量子力學真的已經應用到了工程技術中了嗎?我在網上找了一圈,說現在的半導體技術,核磁共振技術等等都是基於量子力學原理的,真的是這樣嗎?

是先有量子力學作為前提,科學家才發明了核磁共振技術,如果沒有量子力學作為基礎科學家們就一定發明不了核磁共振技術是嗎?而不是先發明了核磁共振技術,然後發現核磁共振技術的原理可以用量子力學來解釋。。

比如在生物上說我分析一個植物的核基因序列,那是因為我知道DNA是雙螺旋結構的我才可以分析,如果我不知道DNA的雙螺旋結構的我是一定不知道怎麼分析這個植物的DNA序列的。而不是我可以在不知道DNA是雙螺旋結構的前提下去分析基於序列,然後才發現可以用DNA雙螺旋結構去解釋它。。

可能問的問題有點兒小白,但是網上別的地方的回答是在是看不懂,謝謝各位了!


謝邀

按照我的理解,題主的意思是,量子力學的應用分為以下兩類:

1.人們發現了某個現象,或(基於經驗)發明了某項技術,但並不能解釋。量子力學為此提供了理論解釋。

2.量子力學理論預言了某個現象,或提出了某項技術的可能性,後人在理論指導下發現了這一現象或實現了這一技術。

題主想問的是量子力學的第二類應用,目前已經投入工程技術的有哪些。

舉兩個簡單的例子:

1.核磁共振

核磁共振技術上的實現最早是Felix Bloch和Edward Purcell在1946年完成的,這兩人獲得了1952年的諾貝爾物理學獎。目前,核磁共振技術在化學、生物學、材料、勘探等領域都有非常廣泛的應用,但最廣為人知的肯定是在醫學上的應用。

核磁共振的基本原理是原子核的不同自旋取向在強磁場下發生能級分裂,從而可以共振吸收某特定頻率的電磁輻射。

看不懂也沒關係,起碼大家都知道「自旋」、「能級」這種詞肯定是和量子力學有關的。

核自旋、塞曼效應、Rabi關於原子和電磁場相互作用的理論(Rabi本人獲得了1944年的諾貝爾物理學獎),這些都是核磁共振技術絕對的先置科技。這些科技沒點,人類是打死也不可能做出核磁共振的。因此,核磁共振確實是一項典型的「沒有量子力學就一定發明不了」的技術。

另外,稍微偏題兩句:

核磁共振里雖然有個「核」字,但它其實跟大家談之色變的核輻射沒有半毛錢關係。

然而這個「核」字還是很容易引起人們的恐慌,因此美國醫學會前些年把NMR(Nuclear Magnetic Resonance)中的"Nuclear"一詞去掉了,現在,醫學上用的MR檢查其實應該叫「磁共振」。

2.激光

激光焊接、激光切割、激光制導、激光測距、激光唱片、激光祛斑、激光矯視、激光武器......

激光的應用實在是太廣泛了。以至於如果評選20世紀最偉大的技術發明,激光都可以坐五爭三。

LASER(Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation),通過受激輻射實現的光增強。激光的原理其實就在它的名字里了。

激光最早是1917年愛因斯坦預言的。(感謝知友提醒:事實上,嚴格地說,1917年真正的量子力學還沒有誕生,愛因斯坦預言受激輻射只是基於一些樸素的量子論思想。但這毫無疑問確實是量子論的產物。)

技術實現比理論晚了43年。1960年,人們造出第一台激光器。

查爾斯·湯斯、N·G·巴索夫和A·M·普羅霍洛夫三人因為激光器的發明獲得了1964年的諾貝爾物理學獎(只等了4年,算是很快的了)。

如果沒有量子力學,就沒有(成熟的)受激輻射的理論,激光當然沒有可能被發明。因此,激光也是一項「沒有量子力學就一定發明不了」的技術。

至於題主提到的半導體技術,到底算不算是量子力學的產物呢?這個問題就比較複雜了。

人類早在19世紀末就發現了半導體材料。但如果沒有固體物理理論的指導,人類永遠無法用系統的方法尋找(或人造)新的半導體材料,因而無法將半導體元件越做越小,無法實現量產。

類似的還有以下這些情況:

人類在50年代就會造5MB的硬碟了,到80年代也能造出1GB的硬碟。但如果沒有巨磁阻效應(2007年諾貝爾物理學獎),人類可能永遠造不出500GB甚至1T的硬碟。

超導現象早在1911年就被發現了。但如果沒有BCS理論(1972年諾貝爾物理學獎),沒有Ginzburg-Landau理論(2003年諾貝爾物理學獎),沒有阿布里科索夫(2003年諾貝爾物理學獎),超導可能永遠只能在4K以下實現,人們永遠不會想到去造高溫超導體

銫原子鐘出現之前,人類也可以用其他方式計時。但沒有原子鐘級別精確的計時,人類永遠實現不了GPS。

沒有量子力學,很多技術也能被發明。但這種發明只能「碰運氣」。

靠量子力學理論可以將很多本來人們靠「碰運氣」發明的技術系統化、定量化、精細化

尤其是精細化。

所有的精密測量,都必定涉及到量子力學。在這種意義上,幾乎所有的現代技術,都多多少少用到了量子力學。

量子力學已經出現100多年了,早就不是最尖端的物理了。事實上,量子力學是現代物理學所有研究領域的基石,是基礎中的基礎。而且,量子力學也早就被廣泛應用到了技術當中,在化學、電子、材料等學科的研究中也用得很多。

其實我一直希望關於量子力學的科普能做得更好一些,讓更多人真正了解量子力學,而不是僅僅停留在又死又活的貓上。甚至有朝一日,量子力學能進入高中的課本,在某種意義上成為常識。

僅從科普意義上而言,《上帝擲骰子嗎——量子力學史話》確實是寫得非常好的一本書,幾乎是我認為最好的一本中文科普讀物。

但對量子力學感興趣的知友們,千萬不要因為畏懼心理而滿足於科普的那點東西。大膽地去看一些正經的量子力學教材吧。

當然,選好教材也是很重要的。

如何做到看量子力學像看小說一樣? - 戴為的回答


謝謝邀請,我也沒有接觸太多,量子計算的一些技術還沒有商業化,算不算工程技術不太清楚,下面羅列一些已經在市場上賣的東西里有量子力學應用的(我沒有做過這個方面的project,所以這些內容也都是剛剛去查的)。量子力學在工程領域應用大約是以下四個方面:

  • 半導體工業設計
  • 納米電子學
  • 自旋電子學
  • 光學(光電子)

所以,首先你現在用來看知乎的手機電腦(計算機)中就有量子力學應用:

在真空管時代,我們當然可以不使用量子力學來設計我們的計算機,但是當半導體出現之後,隨著摩爾定律,類似於CPU這樣的高集成度的晶元上有了越來越密集的晶體管,這些晶體管越來越小,以至於量子效應越來越明顯。

而這些量子效應是無法用經典的電磁理論來解釋的。所以在現代的半導體工業以及其它工業應用中,我們當然是要以量子力學作為一個工具的,但是回答題主後面描述的問題:先有量子力學還是先有核磁共振這樣利用量子效應的工程技術?這個問題的一部分查一下英文的維基百科就知道答案了。

第一個場效應(晶體)管專利是在1925年,10月22日由奧匈帝國的物理學家 Julius Edgar Lilienfeld 申請的。但是他沒有發表任何相關論文,然後他的這一項工作也隨之被工業界忽視了。1934年,德國物理學家 Oskar Heil 申請了另一個場效應管專利。但是並沒有直接的證據表明這個場效應管被真的製造出來了,但是在1990年左右,卻被發現這個場效應管的設計確實是能夠按照其專利所描述的一樣工作。

Julius Edgar Lilienfeld via Wikipedia

而我們所熟知的場效應管的發明人 William Shockley 在二戰後與 John Bardeen 合作建造類似於三極真空管的半導體設備,在這過程中 John Bardeen 漸漸發展出了量子力學的一個新分支稱為表面物理學,用以解釋他們在試驗中觀察到的奇怪現象。

那麼到這裡我們就知道,其實兩者並沒有嚴格的先後,在發明場效應管的過程中,量子力學也獲得了發展。

再看核磁共振,核磁共振第一次被 Isidor Rabi 在1938年描述,並因此獲得1944年的諾貝爾獎。在1946年,Felix BlochEdward Mills Purcell將這一項技術擴展到了流體和固體中去,並獲得了1952年的諾貝爾獎。

Isidor Rabi By Nobel foundation - Isidor Isaac Rabi, Public Domain, File:II Rabi.jpg

我們在這裡打住,去看看第一個發現核磁共振效應的 Isidor Rabi 的論文(PhysRev.53.318)。看看他是否是從量子力學出發來考慮實驗的呢?答案應該是的,在他的文章中使用了角動量量子數,並且引用了兩篇之前的文章(Rabi Phys Rev. 51, 652, 1937 和 C.J Gorter, Physica, 9, 995, 1936)。所以核磁共振應該是一個應用了量子力學的例子。

最後總結一下:量子力學已經在我們現代工業的方方面面得到實際應用,但是在歷史的長河中,科學和技術總是相輔相成的,有時候科學促進了技術,而有時候技術的進步又促進了科學的發展,對於量子力學來說也適用。

另外可以參考Quara上的相關問題:

https://www.quora.com/Is-there-a-field-of-engineering-based-around-quantum-mechanics


沒想到這個回答今天引起廣泛討論,謝謝各位,做一點問題討論的補充。

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原答案

沒有量子力學就不會有電子信息化時代,就沒有現代文明

我舉幾個簡單例子說說現代科學技術里用到量子力學的

常見的半導體器件

1.激光器

2.發光二極體 你的手機屏、平板都得用的

3. 所有的CPU、GPU、存儲器

其它應用

4.各類儀器 光譜儀、散裂中子源、質譜儀、同步輻射、SEM、TEM、STM、原子鐘等等

5.新材料 比如碳納米管、石墨烯、超導材料、拓撲絕緣體材料、電子陶瓷

太多太多

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先來簡述下能帶

孤立原子中電子的分立能級

多原子系統電子能級的分裂

晶體中能帶的形成

在單原子中電子能級是分立的,這一點是基於量子力學的描述,否則按照經典物理描述能級就是連續的。在晶體中,由多個原子的共同作用使得單能級分裂為N個能級,看起來這些能級就像連續分布的的,我們就叫它能帶。於是我們才有了價帶、導帶、禁帶的概念。

激光器工作原理

光的自發發射(是半導體發光的基礎)

光的受激吸收(是半導體探測器工作的基礎)

光的受激發射:光子激勵導帶中的電子與價帶中的空穴複合,產生一個所有特徵(頻率、相位、偏振)完全相同的光子。它是半導體激光器的工作原理基礎。關於CPU

晶元裡面有幾千萬的晶體管是怎麼實現的? - 中央處理器 (CPU) - 知乎

CPU的原理是怎樣的,它跟量子力學有什麼關係? - 量子物理 - 知乎Kristian回答

總的來說就是沒有量子力學,就沒有半導體物理,沒有半導體物理就沒有現代信息產業,也就沒有現代科技文明。

關於GPS

GPS的原理是基於四個在軌衛星的雷達測距,測距就需要高精度的時間計量。尤其現代交通工具運行速度越來越快,如果你的時間精度不夠,將導致測距誤差較大,這樣你的定位系統精度就難以保證。目前GPS系統使用的是銣原子鐘,授時精度:&<50ns。

中科院授時中心研製的原子鐘精度已達到十億年一秒。2014年美國物理學家研製出的原子鐘,運行50億年也不會偏差1秒。這個「鍶晶格鍾」由美國國家標準與技術研究所(NIST)和科羅拉多大學共同創建的美國天體物理聯合實驗室(JILA)研製而成。

山隨平野盡 回復 章焱舜

GPS需要精度極高的原子鐘作為基準時間,這個沒有量子物理學是造不出來的。相對論只是給衛星與地面之間校準時間提供了一個理論解釋,即便沒有相對論,人類也可以通過實際測量把gps時間修正過來。

章焱舜 回復 你猜

GPS修正是相對論吧……

為什麼要用相對論為GPS導航提供修正----中國科學院國家授時中心

新材料製備

當前做材料研究的一大趨勢是,高通量的計算+高通量的實驗

如果還是按傳統理念製備新材料,並且不按理論指導,那是相當費時費力的。

現在很多新材料研發都是先做模擬計算,然後按照計算的結果來製備。計算材料學(Computational Materials Science),是材料科學與計算機科學的交叉學科,正在快速發展。計算材料學中有一種常用計算方法叫第一性原理,而這種方法就是基於量子力學的薛定諤方程。


在網上這麼多年,見過好多類似題主的這種疑問,除了量子力學之外還有相對論。

有的是看了科普書後發問的,有的是其他專業而沒有專精物理的人提的。

其實這已經是個普遍問題了,而上面的大部分答案雖然列舉了很多理論和實例,但可能還沒有搔到提問者的癢處。

我試著用儘可能通俗的、易理解的、不帶理論和公式的方式來解答一下。

這種疑問的本質,打個比方的話,就像是:

我們都知道弓箭手射箭時,彈道嚴格遵循牛頓定律里力和運動的關係,但他本人知道嗎?準備射向目標時要在心裡計算嗎?牛頓之前的古代弓箭手是怎麼計算的?

推廣到量子力學的話,就是:

現在這些激光、半導體、集成電路啥的,裡面的運作原理肯定是能用量子力學解釋的,但工程師製造這些東西的時候,究竟有沒有用到量子力學的理論呢?還是單純地靠實驗發現了它「恰好」能這麼工作,然後就造出了這些東西呢?

第一個問題的答案是:古代弓箭手只能純粹靠經驗,而現代的專業射手、狙擊手、炮手、坦克手、甚至計算導彈彈道的工程師,全是嚴格精確地計算過的,從風速、力度、材質、彈性、等等等等都要考慮周全。

所以古代弓箭手一般只能射野豬,傳奇人物能射樹葉。而現代狙擊手能在一公里外取人首級,導彈在上千公里外以幾馬赫的速度擊中目標。

如果沒有關於力學的理論,他就算造出更強力的弓弩,用更穩定的材料製作箭支,肌肉練到穩如泰山,也沒法超越在幾十米外射中樹葉這樣的精度極限了。

而第二個問題的答案其實也很明朗了:

這些使用了量子力學特性的技術從發明的那一刻起,它們的原理就是建立在量子理論基礎上、依靠推導、計算和實驗而來的,包括之後的生產、製造、推廣都是如此。如果不是這樣,我們連造一個小小的晶體管都做不到,也根本想不到激發原子來發光、以及發出什麼強度的光。

這些完全是不可能靠愛迪生那樣試幾千種材料當燈絲來發明燈泡一樣靠經驗和嘗試來「發明」出來的。

沒有量子力學在最底下支撐的理論計算,如何用光蝕刻出細入毫微的集成電路?

既然前面也順便提到了相對論,那就舉一個兩者兼有的例子:GPS。

有好多科普或半科普書解釋完相對論之後,讀者就把它當成了玄學,實情當然不是如此。

拿相對論中最基礎的結論和公式來舉例:

根據狹義相對論,相對運動的物體之間會發生鐘慢效應,經過計算,相對於地面每小時上萬公里速度運行的衛星,它的時鐘每天會比地面慢幾微秒;

而根據廣義相對論,幾萬米高的軌道上,引力會導致衛星的時鐘每天平均比地面快幾十微秒,而且由於軌道不一定是正圓,這個累加誤差還要根據軌道形狀進行計算。

兩者一對比,衛星實際還是比地面的時鐘要快。

由於光速不變,GPS可以靠極精確的時鐘推算你和各衛星的距離,進而計算你在地面的位置。一旦時間不準,那你的定位可能就跑到好幾百米外了。

而且這誤差可是累加的,第一天幾百米,過半個月,幾公里就出去了。

只靠相對論修正了衛星時間就可以嗎?還不夠。如果沒有本身就很精確的時鐘,那GPS的定位精度也永遠只能在幾百米範圍徘徊。

原子鐘,靠的就是原子發生能級躍遷的精確頻率來計時的。簡單點說,就是準確地調教啊不,調校一束指定頻率的激光,照射到原子上,原子就會穩定地發生共振(和機械共振不一樣,但原理類似),通過檢驗原子的能級變動情況就能得出誤差不超過每年幾百幾千萬分之一秒的精準時間。

有了這種準確時鐘,GPS的定位精度達到厘米、毫米級才有理論上的可能。

而上面這一切,從原子鐘的授時原理、激光脈衝和原子級的檢測裝置,每一步都是經過量子力學的各種理論、推論、公式進行精確到小數點後十幾位的精確運算,才能在理論上證實,並且製造出來的。

所以說,你手機的每一次精確到米的定位,其實都是從頭到尾檢驗了一遍相對論和量子力學從核心理論到幾百個衍生公式的正確性,也驗證了無數科學家和工程師從衛星發射到晶元製造以及軟體開發中每一步的準確無誤。

量子力學遠不僅是入門科普書上那些玄而又玄、上升到哲學層面的理論,而是科學家靠幾十年無數論文和實驗成果堆積起來的理論模型,還有精確到小數點後幾位幾十位的公式和數據。

可以說,我們今天的整個信息時代都是建立在這些成果上的。

你拿起手頭的任意一件物品,如果它有電路板或晶元,那就是量子力學的成果;

如果沒有,那它的採掘、生產、加工、運輸和銷售過程,也一定直接或間接應用過量子力學;

它的生產和製造工藝乃至工藝之前的理論研究,也曾經受益於量子力學帶來的進步。

所以說,量子力學應用到我們生活中了嗎?應用到各種工程技術上了嗎?答案不僅是百分百的確定,而且它早已無孔不入,像空氣一樣自然地包裹著我們了。


做半導體激光器的來說兩句。相對於玄論以及標準粒子模型,量子力學已經算是經典理論了。量子力學的應用幾乎已經滲入現代工業的方方面面。

以半導體激光器為例,最廣泛應用的量子井激光器和量子點激光器本身名字裡面就有量子兩字,足以體現量子力學的應用了吧。

半導體工業之所以發展這麼迅猛,主要是我們掌握了bandgap engineering(能帶工程)的能力。而當我們分析微小的諸如電子以及光子的運動的時候,離開量子力學這一工具是無法進行下去的。

所以沒有量子力學,我們無法研究微小粒子的運動、狀態相互作用,自然無法研究材料的能帶結構等宏觀現象,自然無法製造如激光器、數字邏輯電路之類當今工業上必不可少的設備了。


先佔一個坑,等我周末有時間了就去查一些關於核醫學方面的資料。把CT、核磁共振、γ刀之類的東西機理大致弄清楚。

如果可能的話還會介紹一些其它的核技術,諸如中子活化分析之類的。

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先說兩個比較容易理解的應用:激光和掃描隧道顯微鏡。核醫學放到後面再討論。

激光,英文名laser,全稱是light amplification by stimulated emission of radiation,大意就是受激輻射光放大。

激光的源頭可以上溯到1917年,愛因斯坦在當時發表了一篇論文,叫《輻射的量子理論》,文中他通過使用量子力學的方法探討了光的受激輻射這一現象,為激光奠定了理論基礎。如果沒有量子力學,沒有愛因斯坦的這篇論文,人們就不會有受激輻射的概念。更遑論製造出激光器了。

製造激光器中有一項關鍵的技術:實現粒子數的反轉,讓高能級的粒子數多於低能級的粒子數,用現在的術語來說,就是「泵浦」,沒有這個過程激光器沒辦法工作。激光器的早期研究者湯斯等人在研究了愛因斯坦的論文後就意識到泵浦是製造出激光器的關鍵所在,所以後來他們花了大量的精力去研究這一領域並最終取得突破,並因此獲得了1964年諾貝爾物理學獎。湯斯等人在研究泵浦過程中使用了多少量子力學理論我們且不去說它,單說一點:如果沒有愛因斯坦的研究,如果沒有量子理論的應用,湯斯等人能意識到實現粒子數反轉是關鍵問題嗎?僅憑經驗和運氣就製造出激光器的可能性又有多大?不能說絕對不可能,但這個可能性真心非常低,跟買彩票中大獎的幾率差不多。

第二個就更有意思了,掃描隧道顯微鏡在今天的材料科學上有著非常重要的應用。但是它的工作原理非常簡單,就是量子力學中的量子隧穿效應。而沒有量子力學,人們又怎麼會知道量子隧穿效應呢?退一步說,即使人們瞎貓碰上死耗子,無意間發現了量子隧穿效應並打算用它來造一個掃描隧道顯微鏡,但是,在不運用量子力學的情況下,請問你怎麼根據電子束流的大小判斷出物體表面的形狀來呢?


你刷知乎用的手機里的晶元里的晶體管就是應用啊 手機的led屏幕也是啊


GPS我不說話= =


很多不能理解是正常的,量子力學和相對論就是反直覺的,就是和你高中物理完全不同的。

半導體的理論基礎毫無疑問是量子力學。還有什麼核磁共振,DNA(應用X射線技術,沒記錯的話)的發現也是隨著20世紀初的量子力學和相對論地的發展產生的技術應用而被發現的。相對論和量子力學被稱為物理學的革命,是有道理的。

了解物理,看《量子力學史話》(趣味性確實很高)是不能幫助你了解的,真想了解物理的發展脈絡的話(物理的概念),真心建議你去看看物理學史。


謝邀。

是的,量子力學早就已經很成功的應用在工程技術上面了。

描述微觀世界必須用量子力學,宏觀物質的性質又是由其微觀結構決定的。因此,不僅研究原子、分子、激光這些微觀對象時必須用量子力學,而且研究宏觀物質的導電性、導熱性、硬度、晶體結構、相變等性質時也必須用量子力學。例如:為什麼氫原子中的電子不落到原子核上?為什麼兩個氫原子會聚成氫氣分子?為什麼碳原子能組合成石墨、金剛石、足球烯、碳納米管、石墨烯?為什麼食鹽NaCl會形成離子晶體?為什麼有些物質很穩定,有些物質容易發生化學反應?為什麼銅能導電,塑料不導電,硅是半導體,低溫下許多物質變成超導體?為什麼水在0攝氏度以下結冰,0-100攝氏度之間是液體,100攝氏度以上氣化?為什麼改變鋼鐵的組成,能製造出各種特種鋼?為什麼激光器和發光二極體能夠發光?為什麼化學家能合成比大自然原有物質種類多得多的新物質?為什麼通過觀察宇宙中的光譜線能知道遠處星球的元素組成?……

現代社會碩果累累的技術成就,幾乎全都與量子力學有關。你打開一個電器,導電性是由量子力學解釋的,電源、晶元、存儲器、顯示器的工作原理是基於量子力學的。走進一個房間,鋼鐵、水泥、玻璃、塑料、纖維、橡膠的性質是由量子力學決定的。登上飛機、輪船、汽車,燃料的燃燒過程是由量子力學決定的。研製新的化學工藝、新材料、新葯,都離不開量子力學。可以這麼說:與其問量子力學能用來幹什麼,不如問它不能幹什麼!


量子力學是理論學科,可認為是母法,由它伴生的學科產生的技術 我們現在真的離得開么?


從整個人類的角度問量子力學真的有用麼,基本就相當於一個學生問高數學了買菜又用不到……

(用的不是自己的電腦,別問爲啥是繁體……)


單單說核磁共振的話,似乎沒有量子力學也可以解釋我們用到的那一部分?經典的散射也是有共振吸收的。

你對理論的要求太高了。

沒有阿基米德定律,還是有一天會有科學家發現空碗可以浮在水上,因此知道比水「重」的東西也可以掏空用來做船。

阿基米德定律只是使這件事更容易被理解,更可以定量地計算,因此更早出現,改進也更快了。

DNA的螺旋結構也一樣。不知道DNA的結構,只是抽象地叫它遺傳因子,各種育種方案甚至轉基因都不會有影響。但是很難會有人想到去找一個耐熱的遺傳因子合成酶在加熱的條件下打開DNA雙鏈來複制DNA。

現在的半導體理論,量子力學已經完全內化了,我實在無法想像沒有量子力學的半導體理論。當然沒有理論的話,想必還是可以發展,只不過會大大地走彎路吧。比如為什麼半導體裡面會有正電荷導電,雜質如何影響半導體的性質,哪些半導體有光效應哪些沒有,都只能通過零散的實驗孤立地證實了。

寫得不好,匿了


我提一個簡單的,快閃記憶體。快閃記憶體是基於量子隧穿效應工作的。見維基百科相關介紹:https://zh.wikipedia.org/wiki/%E9%97%AA%E5%AD%98#.E9.81.8B.E4.BD.9C.E5.8E.9F.E7.90.86


如同有的回答已經說過,量子力學是很多電子器件的一個基礎指導理論。

用一個比較籠統的說法來講,量子力學,尤其是最基本的薛定鄂方程,是微觀世界物質運動的一個基本方程。把電子帶入進去算可以得到其運動的相關信息,比如固體的近似自由電子模型便是以這些作為基礎,定量分析電子特性,連帶衍生能帶等理論,直接而且是微觀層面地解釋了固體導電性,比起經典的drude模型是進步很多的。

實際生產中估計不會特別用到量子力學。例如半導體為基礎的電子產業,工程師們更注重材料的一些特性並圍繞一個目標設計產品。量子力學已經在更前一步被運用了,例如對材料的電子遷移率等的理論計算,是離不開量子力學的。

可以說,如同我們吃大米,工程師們就像廚師,關注怎麼做出美味的米飯,量子力學就像是種稻時農民伯伯用的農具,看似和最後進口的米飯沒有完全直接的聯繫,但實際上在整個過程中起到了基礎性作用。

除了半導體,量子力學應用的地方還有很多,一些軟凝聚體或者原子時計,都有基礎性運用。

量子力學沒那麼神秘,它也不是十全十美。自發輻射就不是傳統量子力學可以解釋的問題,需要量子場論來進行解釋。但就工程運用來說,量子力學可以說已經是一個基本且廣泛存在的基礎性理論,不一定參與最終設計,但作為一個物理性基礎,發揮著基礎作用。


有啊,比如樓梯。是一級一級的,而不是連續上升的,應用多廣泛。


針對某人評論里問我什麼梗:

量子力學真的已經很成功的應用在工程技術上面了嗎? - 戴為的回答 - 知乎

由於評論不能發圖所以發到這裡。應用多了去了,比如應用在佛學就有《量子佛學》:

量子佛學 (豆瓣)

請摺疊我!( ̄▽ ̄)o


量子力學是現代固體物理學的理論基礎,半導體理論是固體物理學的一部分。也就是說,凡事有半導體器件的地方都用到了量子力學,這就基本上囊括了所有的電子產品了。


《量子物理史話·上帝擲骰子嗎》這部書我也看過,著實迷人,開篇以麥克斯韋電磁實驗破題,平添幾分神秘和凝重。20世紀物理學發展脈絡基本囊括其中,最精彩的是科學家之間思想碰撞。我猜測量子物理學實際應用應該都是在很多細分領域的,並且相互聯繫,很難以偏概全的說其具體在某一行業或者工程項目上吧。

就我個人而言,在哲學思考上有些啟發。舉個例子,為什麼感嘆「人生若只如初見」?因為初見有各種對彼方美好的幻想(意淫),當你忍不住獵奇,接觸久了,那些無限美好的可能性就塌縮呈現一種現實,原來美好的她也是打嗝、放屁、挖鼻屎……於是乎發出如上感嘆。薛定諤的貓是既死又活的,千萬別去觀測,因為好奇害死貓。


其實太陽能電板是個不錯的例子~


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