《大家說物理》第二期抖音開播，薛平教授分享神奇的量子物理
近期，中國物理學會和北京師范大學科學教育研究院聯(lián)合打造的“科學1小時”系列科普活動——“大家說物理”第二期在@中國物理學會 官方抖音號開講。本次直播邀請到了清華大學物理系低維量子物理國家重點實驗室教授、中國物理學會科普工作委員會副主任薛平為大家科普量子物理知識。
薛平從物理科學的發(fā)展史談起，講述量子物理的起源。他介紹，隨著海王星的發(fā)現(xiàn)以及電磁理論解釋了波動光學，19世紀末經典物理的大廈基本建成，但黑體輻射卻成了物理學晴朗天空中的一朵烏云。后來在1900年12月14日，德國物理學家普朗克首次提出“量子”的概念，假定振子的能量“不連續(xù)”，從理論上推出了與實驗數據完美符合的普朗克公式，解釋了黑體輻射。
薛平告訴大家，一個物理量如果存在最小的不可分割的基本單位，則這個物理量是量子化的，并把最小單位稱為量子。而且量子化現(xiàn)象主要表現(xiàn)在微觀物理世界，同以牛頓力學為代表的經典物理有根本的區(qū)別。
量子現(xiàn)象美妙而神奇，完全改變了人類對自然的認知。薛平介紹，光量子理論揭示了光的本質是既具有波動性，又具有粒子性，即波粒二象性;微觀粒子可以具有嶗山道士的“穿墻術”，實現(xiàn)量子隧穿;量子可處于既“生”又“死”的疊加狀態(tài)，即所謂“薛定諤貓”實驗;微觀粒子的位置和動量不能同時測準，人們發(fā)現(xiàn)不確定性原理;微觀粒子彼此相互作用時，只能述整體系統(tǒng)的性質，體現(xiàn)量子糾纏。
量子力學是上個世紀最偉大的科學發(fā)現(xiàn)之一。它不僅改變了人類認識自然的基本觀念，也在如今的信息技術領域中有著廣泛的應用。比如現(xiàn)代IT的源點在于科學家根據固體量子理論發(fā)現(xiàn)了取代傳統(tǒng)電子管的晶體管和集成電路等。再如人們利用巨磁阻效應，使硬盤存儲器的存儲密度提高了超過4個數量級，幫助手機等在日常生活中日益普及。
薛平認為，量子通信、量子計算、量子精密測量等會對信息安全、高性能計算、人工智能、超高速超低功耗集成電路、軍事目標探測、材料模擬等方面產生重大影響，甚至會引起顛覆性技術的革命。其中，在量子材料方面，以薛其坤為首的清華大學和中科院物理所的研究團隊，用前所未有的磁性摻雜拓撲絕緣體，在實驗上驗證了反常量子霍爾效應，堪稱首次中國實驗室里的諾貝爾獎級成果。
在直播最后，薛平帶領大家做了總結與展望。他認為，量子現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)完全改變了人類對自然的認知和生活方式，并且量子領域將持續(xù)成為新發(fā)現(xiàn)和新技術的源泉，是科技的核心競爭力。薛平還為中小學生們推薦了《奇妙量子世界》、《量子傳》等書籍，希望同學們在中學能培養(yǎng)起對物理學的興趣。
據悉，《科學1小時》系列科普活動旨在聚集國內頂尖的高校和科研機構、優(yōu)秀的科學家和老師等資源，激發(fā)青少年的好奇心，培育具有未來科學家潛質的青少年。本期“神奇的量子物理”是《科學1小時》系列節(jié)目的第二期。接下來，中國物理學會邀請更多的科學家、大學生、物理愛好者等參與分享并通過抖音直播，帶領大家了解前沿的物理實驗，普及有趣的科學知識。
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