量子到底是什么？它不是你以为的那种极小的粒子。这个概念如今常常被拿出来说，可大家往往不懂它的真实含义，反而容易给它套上玄学的标签。看看最近几年的新闻，“墨子号”量子科学实验卫星在2016年上天，“京沪干线”又在2017年落地，还有“九章”量子计算机在2020年的横空出世，中国的科研速度真让人刮目相看。可是，普通人说起量子时，还是会搬出“薛定谔的猫”、“多世界理论”，甚至是爱因斯坦那句“上帝不掷骰子”，听起来就很绕。更有意思的是，网上流行的那句话：“遇事不决，量子力学；解释不通，穿越时空”，好像量子力学成了万能的借口。 把这只抽象的猫赶出去，我们可以换个角度来看。其实量子并不神秘，它只是告诉我们：世界在极小的尺度上，变化是离散的、台阶式的。就好比上台阶只能一步一步上，不能半个脚跟着上；数人头只能是整数个，不能有2.7个人；电影院座位号也只能是1、2、3这样的整数。这些日常生活中的例子就是量子在宏观世界的投影。 说到这里就不得不提一下那次著名的观测。2016年9月，“墨子号”在中国科学院新疆天文台南山观测站过境时，地面望远镜接收到了卫星信标光。这次观测为研究人员提供了宝贵的数据。再看看氢原子里面的电子，它们的能量也是被严格限制在几个特定的“能级”上。当电子从高能级跃迁到低能级时，释放出的光子能量正好等于这两个能级之间的差。天文学家们就是利用这些光子来分析遥远恒星里的元素成分的。 手机里的 CMOS 感光元件也是利用了量子力学中的一个重要原理——光电效应。传统上我们认为光是连续的波，但实际上光可以被拆分成一个个光子。只要一个光子的能量足够大，它就能把金属里的电子打出来。这就解释了为什么验钞机用紫外灯可以检测钞票上的荧光标记。 从普朗克开始引入“能量量子化”的概念之后，玻尔、海森堡、薛定谔这些科学家们接着发挥作用。他们共同建立了量子力学这门学科，让它和相对论一起成为了20世纪物理学的两大支柱。没有量子力学，芯片、卫星、激光还有核磁共振这些技术都将无法存在。就连我们现在用的 GPS 导航系统也离不开它提供的理论支持。 其实说到底，量子并没有那么高冷。它只是让我们知道世界在微观尺度上遵循着一套“最小单位”的规则。如果你不再把它当成一种特殊的粒子去看待的话，你会发现它就在我们的日常生活中悄悄运转着——每一次你拿起手机拍照、每一张显示的原子光谱背后都有它的影子。