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给孩子讲量子力学读后感(3)篇

(2019-03-15 03:11:14) 读后感

给孩子讲量子力学

作者:李淼

这是著名物理学家李淼写给孩子的量子力学普及读物。他将抽象难懂的量子力学巧妙化为日常可感的事物,更讲述了许多可爱的物理学家的故事,一下子拉近了物理与我们的距离,让我们饶有兴味地跟随他展开这场科学之旅。书中也配有妙趣丛生的插画,小读者们能更直观地看懂物理过程,也更真切地认识世界。

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给孩子讲量子力学读后感 第(1)篇


量子物理学的高深玄妙一直让我望而生畏却又莫名好奇。忽见此书,心下顿时一阵大喜,暗自揣度,我不至于还不如一个孩子吧。作者果然没让我失望,确实是一位科普高手,如此深奥的量子物理学让他讲故事一般娓娓道来,甚是清楚明白。只是仅仅四讲便戛然而止,完全不能让人过足瘾嘛。

第一讲以经典世界(即我们日常生活的世界)里盛行的决定论观点为参照对比,描述了量子世界的不确定性。法国物理学家拉普拉斯信奉决定论观点,认为牛顿定律强大到足以决定未来,他曾说过,如果知道某一时刻所有物体的运动状态,就能知道未来发生的一切。但其实决定论仅适用于我们日常生活的宏观世界,只要进入原子尺度以下的微观世界,它就束手无策,只能请量子力学出场了。

普朗克首先发现,光波的能量并不是连续的,而是由不可再分的最小能量单元组合而成的,即所谓的“量子化”爱因斯坦的光电效应理论进一步证明了光其实是一种称为“光子”的粒子,光波的频率越高光子的能量越大,只有用高于某一频率的光波照射金属,光子才有足够的能量传递给电子,使之挣脱原子核的束缚而从金属中逃逸出来。丹麦物理学家玻尔通过一个与实验高度吻合的氢原子模型发现原子、原子核和电子也都是量子化的,因为在这个模型中,电子只能在一些彼此分离的特定轨道上运动,也就是说轨道是量子化的。

决定论观点的前提是需要确定某一时刻所有物体的运动状态,即物体的位置和速度。但是德国物理学家海森堡提出了“不确定性原理”,他发现在量子世界里,根本无法同时精确测出粒子的位置和速度。因为想要得到粒子的精确位置,就应该用波长尽可能短的光波进行测量,但是波长越短,光波频率就越高,光子能量也就越大,对粒子的速度干扰就越大;反之,若使用光子能量尽可能低的光波进行测量,以便尽量降低对粒子速度的干扰,但这时光波波长就会太长,以至于根本测不准粒子的位置了。由于遵从海森堡不确定性原理,微观世界里的物体不可能同时测到它的位置和速度,也就无法精确地计算出它未来的运动情况。这就是决定论观点在量子世界里彻底失效的原因。其实,宏观世界的物体也遵从不确定性原理,只不过因为不确定性跟质量成反比,当物体质量大到一定程度以上就可以对它的不确定性忽略不计。

第二讲的主题是物质的稳定性,也就是物质不会突然向内坍塌或向外爆炸的性质。我们知道所有的物质都是由原子组成的,相对于原子自身的尺寸,原子与原子之间的空隙大到不可思议。是什么原因使得这种结构状态下的物质可以保持稳定的呢?奥地利物理学家泡利提出了泡利不相容原理,他指出每个原子只能与固定数量的电子配对,这些电子会对别的电子产生一种排斥力,所以两个原子间势必会保持一定的距离,无法完全靠近在一起,这就回答了物体不会突然向内坍塌的问题。物质不会突然向外爆炸的原因比较简单,是因为不同原子的原子核与其他原子的电子间会互相吸引,使得不同原子间形成了一种叫着化学键的吸引力,把它们紧紧地结合在一起成为组成物质的分子。所以泡利不相容原理和化学键吸引力之间的相互作用,是物质维持稳定性的根本原因

第三讲介绍了量子力学的应用

第一个应用是激光,激光与普通光的最大区别是,它里面包含的每个光子的能量都一样大,而如太阳光一般的普通光里包含的光子的能量就有大有小。我们已经知道原子中间有个原子核,原子核外还有在固定轨道上运动的电子,不同轨道上运动的电子具有不同的能量。爱因斯坦发现把一个光子打入原子,可以诱导原子中的电子从高能量轨道跑到低能量轨道,释放的能量会变成与第一个光子能量相同的新光子跑出来,这就是受激辐射过程。受激辐射可以形成生雪崩效应,一个光子打入会跑出两个一摸一样的新光子,这两个光子再打入就又跑出四个这样的新光子,不断进行下去,就可以产生大量具有相同能量光子的激光了。

第二个应用是半导体。老实说,我没看懂量子力学在半导体中发挥了什么作用。只是知道了随着半导体的发展,芯片尺寸越来越小,根据摩尔定律推断,到2030年晶体管就会变得只有一个原子大小,到那时候,海森堡不确定性原理就会发生作用,直接干扰到晶体管的运行,或许半导体芯片就只能停止发展了。

第三个应用叫量子传输。有三位物理学家在1982年发现了量子不可克隆定理。它说的是,在量子世界里,没有一个东西可以被完全地复制,没办法拷贝像电子、原子或分子那么小的东西。但是,我们还是可以把一个微小物体的信息全部复制到一堆原材料里,从而造出一个一模一样的东西。只不过与经典世界不同的是,原来的物体一定会被破坏掉。最终的效果是,一个物体突然从自己原来的位置消失;与此同时,另一个地方突然出现一个一模一样的东西。这就是所谓的量子传输。

虽然从理论上来说,人类可以制造出一台量子传输机,通过瞬时的量子传输技术,实现科幻电影里常见的空间旅行。但目前在真实世界里实现的量子传输,一次最多只能传输128000个光子,最远距离也只有340公里。所以就我们目前的科技而言,还实现不了瞬间传送一个人,甚至传送一个盒子也远远做不到。

第四讲畅想了一番未来量子计算机的设计原理。经典计算机最基本的元器件是二极管,它只有绝对的开或关两种状态,不会有第三种可能。但是量子力学最基本的海森堡不确定性原理,可以使量子计算机的元器件既处于开又处于关的奇妙状态,就像著名的“薛定谔的猫”那样。也就是说,量子开关可以同时表示0和1,这就使得量子计算机一次表示的数字将以指数方式急速增加。最后一个话题,说到了人类大脑很像一台计算机,它的基本元器件是神经元,但目前还不能确定神经元到底像普通的二极管还是像神奇的量子开关。一位叫瑟夫的认知科学家给出了一个非常有趣的回答,他说“每当一种复杂事物出现的时候,我们总是觉得人脑像它。比如,当互联网出现的时候,我们就觉得人脑像互联网;当量子计算机出现的时候,我们就觉得人脑像量子计算机。如果将来出现了某种更复杂的事物,我们也会觉得人脑像这种更复杂的东西。”也许,人类大脑才是这个世界上最大的奥秘。

给孩子讲量子力学读后感 第(2)篇

这本书可能更适合给高中左右及以上的人看,虽然科学家故事可以分享给小朋友,但里面有的概念尤其是补充材料还是要有一定基础,能不能激发孩子兴趣不知道,反正是激发了我的兴趣,科学家发现的过程真的赞,但就像老师说的,天才是只能用来欣赏和膜拜的。以前高中学物理学的主要是宏观,这本是微观,我也受到了点启发,很多事情跟物理的宏微观一样,只是不同的维度,但是之间的矛盾不是冲突,所以看问题不应纠结于反正、对错,因为可能根本没有可比性。文中提到量子力学最神秘之处在于它的不确定性,那应该怎么去衡量界定?(衡量界定好像也算是宏观概念了)文中提到了概率,50%开,50%关,那我是否可以把单个量子概念放大为一群量子概念,一半开,一半关?这样来研究是否也是一种思路呢?还提到了量子相关的“穿越”,感觉如果真实现了应该没有人愿意去做吧,因为这个不是轻功,是只能向前走,不能后退,当你选择了另一个时空就意味着在这个时空永远消失了。最后是量子计算机与人脑,我感觉量子计算机在效率上的提高类似于一种并行工程的概念,这个可以采取,但还是不要让他有思想了,让他做些指派性的任务就好,尽管这一点理论上是可以实现的,参考人类能发明出比人类计算速度更快的计算机,比人类效率更高的机械,但是,不要玩火了,因为思想的升级模式是指数增长的,是一触即发,试问一个各项硬指标都厉害的机器站在我们面前,我们如何应对?我们存在的价值变成了什么?不过我想到另一个思路,去研究猩猩和人的差距,之前去动物园猩猩给我留下了很深的印象,尽管有园内有更佳更稀少珍贵的动物,但是相信每一个人带去的零食都是在猩猩这边留下的最多,为什么,因为它有反馈,它会和你互动,这就是它区别于其他动物的聪明(智)之处,刚简单去搜了一下猩猩和人的区别,有的说是语言(那为什么鹦鹉会说话还是很笨),有的说是基因不同(如果从脑如同量子计算机角度,基因不是智商原因),还有的说是脑容量(可能孔子的脑容量也不如今人吧),如果猩猩的大脑确实比人脑简单,这不也正好降低了研究难度,如果人探明白了如何把猩猩变成人一样聪明,估计也就找到了打开量子计算机的钥匙。

给孩子讲量子力学读后感 第(3)篇


看完整本书,我现在的感受就跟初高中时苦苦研究数学题想不出答案,翻到最后看解析看到一个略字一样。虽然说是给孩子讲的,但是说实话,知识点非常多,如果不是对这方面有了解的成年人都不一定看得懂。


其实这也是一个普遍想象,行业中一个简单的东西,对同行来说,确实是小孩子都会的东西,但是对外行人就不是这么回事了。





整个宇宙充满了能量,除了能量没有别的东西,只不过能量的形式不一样,有的呈现为电子,有的呈现为原子,有的呈现为光子,有的甚至呈现为暗物质或暗能量。




换句话说,尽管世上有很多物体,表面看好像很密实,中间没有任何空隙,但如果拿显微镜一看,你就会发现,其实这些物体内部绝大部分区域都是空的,而原子就悬空排在那里。





量子力学的两大应用:激光和半导体。还有就是正在探索的量子传输。




量子传输,看完有个疑问,如果将一个人完全分解,又重新重组,那这个人还是原来的那个人吗?意识呢?意识是依托于大脑中的物质而存在,还是单独存在呢?





不管是在宇宙宏观世界还是粒子微观世界中,人类都是非常“渺小”的存在,等待着人类去探索的东西还有很多。


好像突然间明白了“朝闻道夕死可矣”的含义。


人生识字忧患始,一入科学深似海。


康德说过头上的天空和内心的道德准则是想之又想的两件事,我觉得又多了一件了,量子或者说物质的本源。

人类已知的还是太少,不知从何时起就觉得知道的越多,反而会发现自己知道的越少。

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