上帝的骰子

fox108

1、虽然曼先生说过：“没有人真正了解量子力学。”不过，可别被“不自量力”给吓到了。但是，为什么要了解量子力学呢？因为它是现代科学的基石，现代工业体系有50%与量子力学有关。没有量子力学，就不会有激光、手机、电脑、卫星导航；也不会有电子显微镜、原子钟、核磁共振……更不会有量子计算、量子通信。谁能想到,人类会在与光的较劲中发现量子。古希腊哲人再一次展示出他们惊人的物理直觉：光由一粒一粒非常小的光原子所组成。这就是后人所称的“微粒说”。 就这样，微粒说一直统治着上古科学界。直到17世纪初，它才迎来宿敌——波动说。就这样，波动说与微粒说开启了长达300多年的战争。光电效应的背后是科学家要研究的新方向。那是一个人类一直不曾进入的世界——微观量子世界。正像光波可以表现为粒子一样，粒子也可以表现为波！在爱因斯坦的反对和哥本哈根学派的推动下，量子力学以火箭升空般的速度成长。它注定要在科学史上发光发热，成为现实世界中最重要、最前沿、最玄妙，也最让人琢磨不透的一门理论。谁如果在量子力学面前不感到震惊，他就不懂现代物理学；同样，如果谁不为此理论而感到困惑，那他就没有真正的理解它。这个，就是多世界解释，也就是拯救了无数科幻电影编剧的平行宇宙论。最后，本该是无序纠缠的量子，就表现得如互相独立的经典世界一样。弦理论认为，自然界的基本单元不是传统意义上的点状粒子。而是很小很小的橡皮筋一样的线状“弦”。当我们用不同的方式弹橡皮筋，它就会振动，产生自然界中的各种粒子，可能是电子、光子，也可能是引力子。保守估计，现代工业体系70%与量子力学有关，发达国家超过1/3的国内生产总值与量子力学有关。
2、你将我捧在手心，却不知道我是谁。我的名字叫半导体，就躲在你的手机里。说我性格高冷，手机里最核心的芯片就是用我做出来的。我最常见的形式是硅。硅谷最早就是研究和生产以硅为基础的半导体芯片的地方，并因此得名。无数电子元件属于我的家族，比如二极管、三极管、集成电路、激光器、计算机、电荷耦合器件……我是衡量一个国家信息化的重要标志。二极管，是电路中的一名“交警”，专门指挥电流单向行驶。我有两个管脚，一个正极，一个负极。正向导通、反向截止，在我的手中，电荷只能向正极流向负极。这就是我在电路中最主要的职责。我属于一种电子元件，最普遍的原材料是硅或锗。因此我也属于半导体家族。量子力学为我们整个家族注入了灵魂。通过量子跃迁，穿越不可浸透的障碍物。这就是我的工作总则。我的家族势力特别庞大，有普通二极管，家里电视机等的开关里就有着它；专门用来整流的二极管，比如手机、电脑的充电器；还有检波二极管、稳压二极管、光敏二极管等。最常见的一种是发光二极管。你肯定见过，因为我们还有一个名字：LED。我们会施魔法，可以把电能转变为光能。比如街头的红绿灯，我们盘缩在信号灯里，告诉行人注意安全。高大上的演播厅、演唱会舞台，我们从四面八方照亮你们的偶像，听着你们的尖叫。更别说路边的各种灯饰，五彩斑斓，映衬的整座城市格外好看……
3、 我叫晶体管，是一位三条腿的魔术师，被誉为20世纪最重要的发明。我是用半导体做出来的一种三个支点的电子元件。继承了半导体双重性的我，可以在导电与不导电之间切换，就像一个开关。我还可以放大电流，把微弱的电子信号扩大的更清晰。把很多个我集中组合在一起，就可以存储和传递信息。集成电路（芯片）就是这样做出来的。按照一个叫摩尔的人的说法，半导体芯片上的我，“每18个月数量就会翻一番”。单位芯片上，我的体积越来越小，数量越来越多。一部智能手机大约就装着20亿个我。最小的我在10纳米以下，也就是一米的一亿分之一。我对计算机的发展有着十分重要的意义。以前的计算机又笨又重，像一座宅子那么大。但有了我之后，计算机不仅变得轻薄小巧，连云算速度也大幅提升。
4、我是你们的老熟人——激光。早在1917年，爱因斯坦就在原子热平衡相关的A系数与B系数的研究中发现了我的蛛丝马迹：一个光子对原子使用激将法，受激原子会发出一个一模一样的光子。这些光子向玻色子一样聚集在同样的能量状态下。又像滚雪球一样越滚越大，最后集中到一起成了一束稳定的光。那就是我的真身。1960年5月，刚出生的我很微弱，只是一束波长为0.6943微米的红光。现在的我，是个男女老少通吃的小可爱。楼下的爷爷，一大早就在超市扫着条形码买菜付钱；二楼那个姑娘，自从祛疤后追她的小伙子立马多了不少……我是光家族中最亮的光，如果集中朝一个方向发光，可以灼伤人的眼睛。但是不要因此害怕我。正确使用下，我可以用来治疗青光眼、近视眼。我还是世界上“最快的刀”，拥有宇宙最快的30万千米每秒的第一速度。即使是天然界中最坚硬的物质——钻石，只要我出马，照样可以瞬间打几个孔出来。我也是大自然中“最准的尺”，准直性非常好。我测出来的距离非常准确，误差仅仅是其他光学光学测距仪的1/5，甚至数百分之一。地月距离就是用我测出来的。
5、我是原子钟，是时间的魔盒。人人都知道，一寸光阴一寸金，一天有24个小时，一个小时等于60分钟，一分钟等于60秒。可一秒究竟是多长呢？从1967年开始，一秒被定义为：一个铯原子跃迁振荡9192631770次所耗费的时间。这个时间的定义，就是以我为基础的。迄今为止，计时最精确的原子钟当属铯原子钟。GPS卫星系统最终采用的就是铯原子钟。我们在全球范围内广播时钟信号。在强大的GPS全球定位系统下，只要有一部智能手机，你就可以轻松确定自己的时间和地点。不确定度低于100纳秒，也就是千万分之一秒。作为计时精度超高的时间频率标准源，我可以称得上是宇宙间的劳力士。一旦我失效，天文学、地理学、军事国防学等一众科学家都将陷入一团乱麻。普通人可能觉得我并没什么用，这种精确的好像强迫症一般的时间没有必要。可将视野放的长远些，宇宙也不过是一部时间简史。精度就是生命，一个小小的误差就有可能导致宇宙的覆灭。
6、顾城说：“黑夜给了我黑色的眼睛，我却用它寻找光明。“而科学却给了你们另一双眼睛——那就是我。我叫电荷耦合器件，你也可以叫我图像传感器。简单来说，我是一种半导体装置，能够把光线转变为电荷，通过模数转换器芯片转换成数字信号。光电效应使得光子激发释放出电荷信号。我的作用就是把电荷储存并耦合转移，再把它们变成一张张清晰的图像。我和胶片有点像，但胶片是底片感光，我则是数码成像。那些植入我体内的微小光敏物质就是你们常说的像素。像素数越多，画面分辨率也就越高。要知道，一部数码相机的“胶片”上，足足装有数百万个我。我可以在众多领域大显身手。漂亮姑娘喜欢用我来拍照；天文学家用我来遥望太空，探测宇宙生命成因的哈勃望远镜，就有我的身影；还有穿白大褂的医生，他们把我用作医用显微内窥镜，实现人体显微手术。在我这双眼睛下，一切事物都变得更加清晰。人类开始一点点洞悉世界的奥秘与美好。宇宙的光彩尽在我的眼中。
7、世界上的原子，大多数都有着这样一种特性：原子核自旋不为0。不仅如此，它们还按一定频率绕着自己的轴不停地旋转，产生了一个磁场。人体内数量最多的一种物质——氢原子，同样有这种特性。给氢原子施加一种特定的电磁波脉冲，它们就可以实现核磁共振，激发出电磁波的共振吸收信号。不同病理状态下的氢原子有不同的共振现象。我就是负责汇报这些现象的，也就是磁共振现象。我第一次扫描出人体图像是在1978年，2003年，由于我在临床医学领域的成功应用，诺贝尔医学奖委员会直接通知了劳特布尔和曼斯菲尔德，于是，他们分享了诺贝尔生理学或医学奖。在所有影像设备中，段位最高的就是我了。我的基本招式是“平扫”，它可以诊断出大部分肿瘤。我还有一个独门绝技“弥散”，全身弥散可以对整个人体进行筛查，揪出那些漏网之鱼。现在的我，技术已经非常成熟。不仅对于癌症治疗有着不可替代的优势。在神经系统、胸腹、五官、盆腔等也都有着广泛应用。有了我的帮助，医生就可以更准确地为病人诊断。任何病魔都休想轻易从我眼前溜走。8、我是量子计算机。1982年，费曼先生第一次提出用我来模拟量子现象。不过，很多人并未见过我。因为我还没有真正诞生。经典计算机是我的前辈。与前辈比起来，我有一个天然的优势：并行计算。经典计算机由晶体管组成，一个开关电路的信号可以转换为一个经典比特。但我和前辈不一样，我的量子比特处于叠加态。就像当年薛定谔的那只猫，既生又死，生死叠加。我的运算能力远远超过了前辈。在人工智能、密码学、基因检测等许多领域，我都可以大放异彩。还有复杂的金融模型、天气模拟……我处理起来也都不是事儿。不过，虽然我的运算能力很强，想要制造我却并不容易。因为量子太容易退相干了。以现有的科学能力，人类只能处理10个量子纠缠对。现在的我，还没到商业化的阶段。一旦人类能控制50量子比特了，那就是我与大家见面的时候。这一天不会太久了，等我呀！在宇宙的尽头，有一对幽灵兄弟，他们分别落在宇宙的两端。这对兄弟心有灵犀，相生相反，当哥哥朝左走时，弟弟一定是朝右的。这种鬼魅般的瞬时联系，叫做量子纠缠。我叫量子通信，诞生于量子纠缠态理论。我和幽灵兄弟主要从事保密工作，把信息安全地从一个地方传到另一个地方。具体工作内容有两个：加密和传输。专业术语叫做“量子密钥分配”和“量子隐形传态”。传统的通信方式，如电缆光纤、无线电，都有可能被窃听者盗取。可我就不一样了！根据量子不可克隆原理，一旦谁复制窃听了我，傲娇的我就会立马“一触即焚”。谁也别想破解我，谁也别想从我这儿窃听又不被发现。幽灵兄弟具有跨越空间的能力，无论双方相距多远，测量其中一个的状态就能获得另一个的状态，这样就可以不受光速限制，实现隐形传输了。总之，在通信方面我是绝对高效又安全的。虽然总有人说破解了我，但我一般都懒得辩解。2016年，世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”在甘肃酒泉发射。当时，全世界都震惊了。中国也就因此成了第一个实现卫星和地面量子通信的国家。此处应有掌声

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