量子力學被認為是物理學中最復雜的分支。量子系統不遵守我們習慣的規則，它們很難被看到和 "感覺到"，它們可以有相互矛盾的屬性，同時以幾種不同的狀態存在，甚至根據我們是否在觀察它們而發生變化。物理與技術學院的博士生、納米結構中的光與物質耦合國際實驗室的研究員瓦列里-科津談到了如何研究這些不可預測的現象以及為什么量子力學值得研究。那么為什么量子物理學難以被加拿大留學生們所理解?

1.世界的物理學和宏觀世界的物理學的主要區別是什么?

量子力學的一個基本假設是，如果一個系統可以存在于狀態A和B中，那么它也可以存在于作為狀態A和B的組合的任何中間狀態中。然而，在我們生活的日常生活中，我們觀察到的畫面是，每個物體都以某種狀態為特征，如果它處于這種狀態，它就不可能處于任何其他狀態。

2.你能給我們舉個例子嗎?

一部智能手機不可能同時在桌子上和其他地方，一架飛機不可能同時以450和800公里的時速飛行。但是，將這些不言而喻的世界觀推斷到微觀世界，表明在更深層次上，這些基本規則不起作用，不能用來解釋實驗數據。如果我們試圖在經典電動力學的框架內描述原子，結果會發現它們不可能存在。如果你有兩個帶電粒子，它們將圍繞其共同的質量中心旋轉，就像地球圍繞太陽旋轉一樣。但問題是，一個圍繞原子核旋轉的電子會相當快地落到原子核上，因為它已經用完了所有的能量。解決這個問題的方法是放棄一些在我們看來很明顯的想法。

3.量子力學描述了整個世界，為什么我們不能觀察到其原理

這個問題的答案在于退相干的概念。退相干發生在一個量子系統與其環境相互作用時，周圍狀態的不確定性的混亂以一種不可控制的方式改變了量子系統的狀態。這方面的一個很好的例子是眾所周知的觀察者效應：即使是對量子反應的被動觀察，實際上也會影響測量結果。這個概念解釋了為什么一個電子可以同時存在于空間的兩個點，而人卻不能：人與環境不斷接觸。

4.量子物理學它有多難?

量子物理學的研究與經典物理學的研究非常相似。例如，電磁波的行為因其波長不同而大相徑庭，以至于在非物理學家看來，它們是同一物理現象的所有方面，只在一個參數上有所不同，這一點可能很奇怪。我們用于無線電通信的無線電波、用于移動電話網絡和在微波爐中加熱食物的微波、紅外輻射、X射線和伽馬射線都是電磁輻射的形式，即使乍一看它們是完全不相關的，然而，如果你對這些現象進行相當長的一段時間的觀察，并足夠密切地與它們合作，你就會開始將這些現象的整個范圍視為一個共同而清晰的畫面的一部分。

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