作者:张楠 来源:中国科学报 发布时间:2025/1/7 17:08:20
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张朝阳被量子力学“支配”的一天

 

“在2025年的前一个小时,我们还在计算,看来2025年是动脑子的一年。”


近日,在2025跨年演讲中,搜狐创始人、物理学博士张朝阳,他以普通人一天的经历,演绎了量子力学在生活和现代技术中的广泛应用,连续3小时直播分享了现代物理学的支柱之一—量子力学,及相关的跃迁发光、量子隧穿等27个物理知识点,带来一场别样的科学跨年夜。


张朝阳演讲现场。图源:搜狐


“每天睁开眼,第一缕阳光来自太阳表面的黑体辐射。”张朝阳从起床睁眼开始,介绍了太阳的量子特性。他利用维恩公式,解释了太阳辐射能量最强部分正好落在我们眼睛能够感知的频率范围内,这也决定了人眼的视力极限。


他举例说,起床后的第一件事可能是刷牙,而电动牙刷的刷毛由高分子材料构成,动力来源于锂电池,锂的最外层电子只有一个,这使它能够轻松释放电子,形成锂离子在电池中高效地传递能量,进而为各种电器提供动力。


走出家门,路灯依旧明亮,张朝阳指出,钠灯的橘黄色光正是钠的电子在3s和3p能级间跃迁的结果。


来到早餐店,面包的材料、咖啡豆和蔬菜的成长都离不开光合作用,这也是量子的过程。


走进办公室,空调中的工质通过氢键的反复断裂和重建调节温度;电脑处理器内上亿个晶体管和显示屏中的LED灯板,都是量子力学能带理论的直接产物。


事实上,量子力学早已渗透到我们生活的方方面面,甚至人们每一句话的传播速度,都受到了量子力学能量分立的影响;而每个思维的跳跃,都伴随着成千上万的钙离子通过复杂的生化反应进入神经元。


傍晚走在大街上,感受氩气等惰性气体被电流点亮后形成的五彩霓虹灯光。而正在小酌的人会注意到红酒的“挂壁”现象,这正是由于水分子通过氢键形成较强的表面张力所致。水中氢键的强度还限定了地球上树木的高度——在蒸腾作用下,氢键形成的“锁链”有助于抗衡引力,将水从根部输送到树冠。


此时,远方的天空中,电磁扰动下的氮气和氧气闪烁着红绿色光与蓝色光,这就是极光。


张朝阳解释道,极光的产生源自地磁场对太阳风的屏蔽作用。一般磁场的形成与电流的运动密切相关,而铁磁性的形成是深刻的量子力学现象。大量铁原子聚集形成磁畴,一致排列的磁畴产生了宏观的磁场。张朝阳提到,核磁共振(MRI)技术则是我们日常生活中与强磁场接触的一个典型例子。核磁共振利用超导线圈产生比地磁场强三万倍的磁场,通过分析氢核自旋变化进行成像,是目前最先进的医学成像技术之一。


晚上回到家中,张朝阳还给出了一些生活实用小建议,例如晚上及时清洗衣物并保持开窗通风,以避免油点和污渍通过扩散效应渗入衣物中,留下难以去除的痕迹;保持开窗通风则能降低室内氡气的浓度,这种放射性气体长期积聚会对健康造成影响,特别是,氡气在量子隧穿效应的帮助下辐射出α粒子,进入人体内将增加患肺癌的风险。


在更广阔的宇宙背景下,张朝阳提到,量子力学正在帮助我们破解宇宙的奥秘。


比如通过光谱分析,科学家可以识别不同星体的元素,甚至通过谱线的红移计算星体的远离速度。从而揭示了宇宙正在膨胀。量子力学带来的定量方法,是人类探索宇宙的关键工具。


正是量子力学,让世界万物以特定的结构和规律存在,塑造了这个世界周围的一切,从水、空气,到人类自己。没有量子力学,世界将是无序的灰烬。张朝阳称,“我们要为我们人类的伟大而感到骄傲,因为经过几千万年的进化、两百万年的演变以及一万年的农业文明,我们大脑超常发展,使我们拥有了智慧,拥有了思考能力,我们理解了量子力学,我们理解了天下,知道世界是如此的情况。”


演讲期间当跨年钟声敲响之际,张朝阳为大家送上新年寄语,并在钟声后,继续分享深究组织结构的基础——化学键的成因。在演讲后半程,他用近1小时简要推导了化学键的成因,用写满五个黑板的数理公式硬核解析物质的基本构成方式。


 
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