一分钟读懂一个量子物理学知识

□ 宋 鑫

  • 来源:科普时报
  • 作者:
  • 2026-08-07 10:19

百年间,量子物理学从实验室理论走向技术应用,深刻改变半导体、激光、计算机等领域,推动现代文明进步。但其展现出的抽象性、革命性与反直觉性,让普及之路充满挑战。

梳理量子理论百年历程

19世纪末,经典物理学大厦看似建成,却漂浮着“两朵乌云”。其中第二朵乌云围绕黑体辐射问题展开:基于玻尔兹曼经典统计物理的能量均分理论推导结果与实验相悖(紫外灾难),这一困境最终催生了量子革命。

1905年,瑞士物理学家爱因斯坦提出“光量子”理论,用波粒二象性统一光的粒子性与波动性,成功解释光电效应。1913年,丹麦理论物理学家玻尔引入量子观点,提出原子模型,解决原子稳定性难题。1925年至1926年,量子力学体系正式成型。德国理论物理学家海森堡与德国理论物理学家玻恩建立矩阵力学,奥地利理论物理学家薛定谔提出薛定谔方程、建立波动力学,两种理论本质等价,共同奠定量子物理学基础。循着先辈足迹,读者能真切感受量子理论发展的曲折与辉煌。

一部优秀的科普读物既要传递核心内容,更要梳理知识脉络。《DK一分钟科学:量子物理学》以清晰的逻辑,完整呈现了量子理论从诞生到成型的曲折历程。

通俗解读量子的关键概念

量子科普的难点,在于解读超出日常直觉的核心概念。《DK一分钟科学:量子物理学》以通俗语言、生动类比,精准解析波粒二象性、波函数、叠加态、量子纠缠等核心内容,兼顾学术严谨性与通俗性。

波粒二象性是量子核心,从英国数学家、物理学家牛顿的“微粒说”与荷兰物理学家、天文学家、数学家惠更斯的“波动说”对立,到爱因斯坦统一观点,再到法国理论物理学家德布罗意提出“物质波”理论,所有微观粒子均兼具粒子性与波动性,这是量子与经典物理的根本区别。波函数是描述量子态的数学工具,薛定谔方程揭示其演化规律,标志着认知从经典决定论走向量子概率论,是现代诸多技术的物理基石。

不确定原理颠覆宏观认知:微观粒子位置与速度无法同时精确测量,电子轨道是模糊的“电子云”。量子叠加态更为神奇,粒子可同时处于多种状态,“薛定谔的猫”思想实验,生动诠释叠加态与波函数坍缩内涵。

这本书还解读了以潘建伟为代表的中国科学家在量子通信、量子计算领域的突出成果,彰显中国量子科技崛起。

《DK一分钟科学:量子物理学》呈现形式延续“DK一分钟科学”系列优势,图文并茂、插图直观,将电子云、粒子干涉等抽象现象具象化,适合不同知识背景的读者。

(作者系北京市通州区潞河中学高级教师)

编辑:吴桐
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