盘点那些靠“诡异的”量子力学诞生的现代尖端

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摘要：量子力学理论导致了许多伟大的发明，包括激光、晶体管、集成电路，几乎整个电子领域都少不了它。如果量子力学理论忽然失灵了，那么现代化的仪器设备将无法运作，整个世界将陷

量子力学理论导致了许多伟大的发明，包括激光、晶体管、集成电路，几乎整个电子领域都少不了它。如果量子力学理论忽然失灵了，那么现代化的仪器设备将无法运作，整个世界将陷入瘫痪。量子力学的方程式可以帮助工程师设计微小的开关，以决定电流的流向，进而控制电脑、数码相机以及电话。现今所有的信息产业设备都以量子力学为基础，它们为什么能够正常运作？因为量子力学是正确的，虽然量子是捉摸不定的。如果没有量子力学，我们就会回到19世纪，回到蒸汽机和电报的时代。

激光技术

激光是“由辐射的受激发射引致的光放大”的缩写，它是一种民用和军事应用非常广泛的技术。但是它的应用却经历了一个由理论到实践的漫长过程。1906年，爱因斯坦利用波耳氢原子理论预言光子的受激发射，可以导致一种链式反应的方式放大光束，但是从理论到应用几乎经历了近60年时间。

1954年4月初，第一台微波激射器诞生了，这是美国物理学家汤斯发明的。微波激射器成功之后，汤斯又决定制作可见光激射器——激光。1960年美国物理学家迈曼制作出第一个可以使用的激光器，这种激光器直到今天还在广泛使用。

美籍华裔物理学家朱棣文和法国的克劳德·科昂-唐努日以及美国的威廉·菲利普斯三人利用激光冷却和捕陷方法，可以让原子冷却不动而被囚。他们三人也因此共享1997年度的诺贝尔物理学奖。

超导和超流

超导在1911年就由荷兰物理学家昂萨格发现，但是直到1957年才由三位美国物理学家巴丁、库珀和斯里弗用量子力学理论做出正确的解释。这一理论用他们三人姓的第一个字母，称之为BCS理论。然而在1986年出现高温超导以后，用BCS理论无法解释高温超导体的各种性质，因此物理学家还需要进一步努力探索，才能全面解决超导理论。

1940年，苏联物理学家卡皮查发现了超流现象。

例如，在超导状态时的液体可以反抗重力往上流动，因此可以从容器内部沿器壁内部爬到顶端越过器壁到容器外边，这被称为“爬壁”现象。与“爬壁”类似的是氦还有“喷泉”效应，即在氦中插入一根细玻璃管，氦在管内液面会比外面高，当玻璃管足够细时，氦可以由细管里喷出，像公园的喷泉一样。1940年，苏联物理学家朗道利用量子力学理论，解释了超流产生的原因。他们两位也因为这一贡献，先后获得诺贝尔物理学奖。

量子隧道效应和种种技术上的利用

量子力学里有一个被实验证实的“隧道效应”，即粒子可以穿过经典物理看来不可逾越的势垒，到达势垒外面。隧道效应最惊人的技术应用就是扫描隧道显微镜，它的发展同其他许多科学技术突破一样，是天才和勤奋、资本与运气的共同产物。1982年，瑞士的罗雷尔和德国的宾尼希利用扫描隧道显微镜（STM），能够扫描小到原子尺度的一些结构，解决了一个困扰了科学界很长时间的难题——硅表面原子排列方式。后来，IBM研究中心的一个研究小组，利用STM这种移动原子的能力，把原子排列成了“IBM”的字样。

1985年，宾尼希与同事们一起研制了一种新的扫描探测显微镜——原子力显微镜（AFM）。AFM现在已经成了一种表面分析的标准仪器，是STM的重要补充。

“普利西娜小姐”

利用激光冷却技术可以使得原子或者其他将要研究的粒子在空中飞行的时候“冷冻”住，然后设下激光陷阱把原子或粒子捕捉住，并使它们固定在空间某个地方“囚禁”起来。1990年2月，西雅图华盛顿大学的德默尔特成功地捕捉到一个正电子，并将它完好地保存达3个月之久。他把这个囚禁起来的正电子称为“普利西娜小姐”。这是前所未有的巨大技术成就，因为我们知道正、反粒子相遇，会立即发生湮灭，化为一缕青烟转变成光子，消失得无影无踪。

纳米技术

文章来源：《现代信息科技》 网址: http://www.xdxxkjzz.cn/zonghexinwen/2022/0111/1987.html

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