趣味物理热话|量子科技 改变世界
2025-01-14 00:00
量子科技改变世界
量子研究 助电晶体诞生
量子力学是20世纪最重要的物理理论,它颠覆牛顿力学,解释了许多以前无法说明的现象。这书是一本热门的科普书籍,作者是应庆大学教授,擅长把晦涩科学理论变成生活化话题。
上世纪20年代,欧洲举办第五届欧内斯特·索尔维物理学会议,最权威的物理学家一起讨论当年新近表述的量子理论。会议上爱因斯坦舌战群儒,说出著名金句:「上帝不会掷骰子」,反驳量子力学的主流学派。
时至今天量子力学还是存在很多谜,不过,我们关注点是将量子力学的功能「落实」。1948年,美国贝尔实验室的布莱登、巴丁和萧克莱发明电晶体,「当时是希望制造可取代真空管的固态放大器,它是透过量子力学理解电子在固体内部与表面的行为时,所获得的有用成果。电晶体的发明使人们可以做出大型积体电路,使电脑变得如此普及。可说是改变世界的大发明。」随着电晶体的突破发明,很快推出电脑。电晶体越做越细,以及加快了处理速度,这是所谓「摩尔定律」,经过多年研发实验制造,电晶体已微细至5纳米左右。
促进科技 智能手机普及
「上帝不会掷骰子」和「摩尔定律」关系是甚么?爱因斯坦是物理古典学派,信奉牛顿式思维:宇宙一切事物皆有迹可寻,所有事物通过实验、测量得数据,便可找到规律,从而进行预测和计划,这是推动工业革命的基本根据。然而,量子力学现象出现,世界变了,改变甚么?1946年,宾夕法尼亚州大学的电脑ENIAC占地1500平方尺、重30吨,但相比于现在智能手机,有如来自两个星球的差别,这就是量子力学的魅力所在。
量子力学还有「不确定性」、「光粒二象性」等等有趣的现象,本书除了做科学示范外,更描述多位科学家不同的见解,以及他们的生活故事。作者更透露一则鲜为外人所知之事,二次世界大战时,日本陆军航空本部亦已进行核子分裂的研究,计划制造原子弹,不过日本没有足够的铀-235可用,主持这个项目是留学英国、丹麦的仁科芳雄博士,他与传奇的「原子之父」奥本海默都有一点相似,成功与否都不想制造杀人武器。奥本海默也是留学生,主攻量子力学。
量子电脑 成为热门话题
2016年,加拿大新任总理杜鲁多以文科生背景,在一次公开场合,与大家谈天说地,但这位帅哥总理竟然提出量子力学这个话题,他说︰「普通电脑运作,仅视乎是否有电流通过电线,要么是0、要么是1,是二进制系统。量子现象则更复杂,因为我们知道量子可同时是波也是粒子。量子状态不确定的特性,可让我们将更多资讯在更小型的电脑内编成代码。」
杜鲁多真的理解量子力学?答案很可能同样存在不确定性,即是「是波也是粒子」。量子电脑原来是加拿大强项,全球率先于2014年制造出量子电脑D-Wave就是来自该国。可喜的是我们已经追上来,量子电脑技术领先,现在大家还不快来学习!
文:王文宇 图:星岛图片库、摘自《图解量子力学》
《图解量子力学》
作者︰椎木一夫
译者︰朱丽真
出版︰商周出版
售价︰$83
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