量子力学的终极定律（量子力学不只是高大上理论）

我们平时看到的量子力学都是理论上的一些观点，什么不确定性原理，量子纠缠感觉跟我们的生活很遥远，其实不是的，量子力学跟我们的生活息息相关，可以说我们每天的生活都和量子力学打交道，只是我们不知道。

陌生的量子力学，熟悉的二极管

我们知道,分子是由一些原子组成的，围着多于一个核旋转的电子把这些原子捆在一起形成了分子。由于分子的结构及它们之间的反应构成了化学和生物学的基础,因此除了受到不确定性原理的限制外,原则上量子力学允许我们预言围绕我们的几乎一切东西。然而、实际情况是,除了最简单的氢原子之外,我们不能解开其他任何原子的方程因为氢原子只有一个电子,而其他稍微多几个电子的系统所需的计算十分复杂以至于我们根本做不到。

无论怎样,量子力学已经成为一个极其成功的理论,并且成为几乎所有现代科学技术的基础。它制约着晶体管和集成电路的行为,而这些恰恰是如今的电子设备如电视、计算机的基本元件。

陌生的量子力学，熟悉的CT

具体来讲,从激光、电子显微镜、原子钟,到核磁共振的医学图像装置,都关键地依靠了量子力学的原理和效应。

当然,对半导体的研究直接导致产生了二极管和三极管,为现代的电子工业铺平了道路。此外,在核武器的研制和发明过程中,量子力学的概念也起到了关键作用。虽然,相比于量子力学的概念和数学描述,固体物理学、化学、材料科学或核物理学的概念和规则对上述创造发明起到的作用更直接,但量子力学却是所有这些学科的基础,即这些学科的基本理论,都是建立在量子力学之上的。

核武器

在所有量子力学的应用中,原子物理和化学方面的成就是非常突出的。我们知道,任何物质的化学特性,都是由其原子和分子的电子结构所决定的。而通过解析包含了所有相关原子核和电子的多粒子薛定谔方程,科学家可以计算出该原子或者分子的电子结构。可实际行动中人们发现,要计算这样的方程实在是太复杂了。而借助于量子力学建立起的简化模型和规则,不但足以确定该物质的化学特性,还非常简单方便。

通常,原子轨道是化学中非常常用的模型。在此模型中,分子的电子多粒子状态。因此,这个模型包含着许多不同的近似,如忽略电子间的排斥力、电子运动和原子核运动脱离等,但它可以近似地、准确地描述原子的能级。

集成电路

而且,除了比较简单的计算过程外,这个模型还能直接地给出电子排布及轨道的图像描述。如此一来,通过原子轨道人们就可以使用很简单的原则来区分电子的排布。而化学稳定性的一些规则,如幻数等,也很容易从这个量子模型中推导出来。此外,通过将这个原子轨道加在一起,还可以将这个模型扩展为分子轨道。由于分子通常不是球对称的所以这个计算要比原子轨道复杂很多。目前,理论化学中的分支—量子化学和计算机化学,就正致力于使用专门近似的薛定谔方程,来计算复杂的分子结构及化学特性。

量子力学虽然是个高大上的理论，但我们每天的生活无时无刻没有量子力学，这要得益于二十世纪一众伟大的科学家。

20世纪智囊团

上图可以说是囊括了人类最高的智慧，最聪明的大脑！向这些改变我们生活的人致敬！大家看看自己能认出来几位科学家。欢迎评论！