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量子力学|物理世界，正因量子的存在，更为神秘

超低温原子系统正在突破已知物理学的边界 ， 甚至可能为量子计算奠定基础 。 三月初 ， 《科学美国人》(Scientific American)完成了激动人心的珍藏版《量子宇宙》(Quantum Universe)的最后润色 ， 该版将于今年在报摊上发售(这并不是个巧妙的广告) 。
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在为那期杂志整理和编辑各种各样的文章时 ， 我注意到了量子物理学领域的一个共同主题:从观测的角度来看 ， 我们对量子宇宙的把握是脆弱和短暂的——当你试图观察量子纠缠的那一刻 ， 波函数就崩溃了 。 正是因为这种现象 ， 研究人员才迫切地想要想出新的方法来收集量子测量数据 。 因此 ， 超低温量子物理这门学科已经被证明是一个非常令人满意的研究方向 。
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正如卡梅拉·巴达维·卡拉汉（Karmela Padavic-Callaghan）在本期封面故事中所写的那样 ， 研究人员可以操纵超低温的原子 ， 并将它们用作量子系统的模型(参见“你听说过的最酷的物理学/The Coolest Physics You’ve Ever Heard Of”) 。 能够对量子实验有如此的控制 ， 是十分令人欣慰的 。

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本期的其他文章中 ， 行星科学家卡罗琳·波尔科(Carolyn Porco)与卡尔·萨根(Carl Sagan)讨论了从太空拍摄地球的照片(参见“著名的浅色蓝点图像是如何形成的”/How the Celebrated ‘Pale Blue Dot’ Image Came to Be) ， 而诺拉·泰勒·里德(Nola Taylor Redd)则报道了另一张引人注目的星系图像:两个合并的黑洞向视野中喷射出漩涡状的尘埃和气体(参见“遇见Spikey ， 一对可能合并的超大质量黑洞/Meet ‘Spikey,’ a Possible Pair of Merging Supermassive Black Holes”) 。 的确 ， 宇宙中的一些东西会是非常具体的 。
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本文最初发表在SA空间与物理3,2(2020年4月)上 ， 标题为“最为变幻莫测的领域” 。
相关知识
量子力学（英语：quantum mechanics）是物理学的分支学科 。 它主要描写微观的事物 ， 与相对论一起被认为是现代物理学的两大基本支柱 ， 许多物理学理论和科学 ， 如原子物理学、固体物理学、核物理学和粒子物理学以及其它相关的学科 ， 都是以其为基础 。
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1927年第五次索尔维会议 ， 此次会议主题为“电子和光子” ， 世界上最主要的物理学家聚集在一起讨论新近表述的量子理论 。
19世纪末 ， 人们发现旧有的经典理论无法解释微观系统 ， 于是经由物理学家的努力 ， 在20世纪初创立量子力学 ， 解释了这些现象 。 量子力学从根本上改变人类对物质结构及其相互作用的理解 。 除了透过广义相对论描写的引力外 ， 迄今所有基本相互作用均可以在量子力学的框架内描述（量子场论） 。
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普朗克定律（绿）、维恩定律（蓝）和瑞利-金斯定律（红）在频域下的比较 ， 可见维恩定律在高频区域和普朗克定律相符 ， 瑞利-金斯定律在低频区域和普朗克定律相符 。
量子理论的重要应用包括量子化学、量子光学、量子计算、超导磁体、发光二极管、激光器、晶体管和半导体如微处理器等 。
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按照氢原子或类氢原子的玻尔模型 ， 带负价的电子被局限于原子壳层 ， 它们环绕着尺寸很小的带正价原子核 。 电子从一个能量较高的轨道跃迁到能量较低的轨道时 ， 会以电磁波的形式将能量差释出 。 [5]:49-82
爱因斯坦可能是在科学文献中最先给出术语“量子力学”的物理学者 。

作者: Andrea Gawrylewski
FY: -Fallon湘
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