趣味物理熱話｜量子科技 改變世界

量子科技改變世界

日內瓦大型強子對撞機像把鑰匙，開啟了兩個世界的大門，將量子世界中最微小的粒子與宇宙大爆炸之謎連接一起。

量子（Quantum）是一種物理學概念，可以描述物質，也可以描述能量。

時至今天量子力學還是存在很多謎。

量子力學影響着我們的生活，醫學雷射手術都跟其有關！

現在是量子科技的天下，連全球定位系統也跟其有關。

經過多年研發實驗製造，電晶體已微細至5納米左右。

量子電腦是一種使用量子邏輯進行計算的裝置。

量子力學與核能等日常科技息息相關。

磁浮列車的誕生也源於量子力學發展出的半導體科技。

漫威電影《蟻人與黃蜂女： 量子狂熱》，講述主角一家進入量子領域的冒險故事。

量子研究 助電晶體誕生

量子力學是20世紀最重要的物理理論，它顛覆牛頓力學，解釋了許多以前無法說明的現象。這書是一本熱門的科普書籍，作者是應慶大學教授，擅長把晦澀科學理論變成生活化話題。

上世紀20年代，歐洲舉辦第五屆歐內斯特·索爾維物理學會議，最權威的物理學家一起討論當年新近表述的量子理論。會議上愛因斯坦舌戰群儒，說出著名金句：「上帝不會擲骰子」，反駁量子力學的主流學派。

時至今天量子力學還是存在很多謎，不過，我們關注點是將量子力學的功能「落實」。1948年，美國貝爾實驗室的布萊登、巴丁和蕭克萊發明電晶體，「當時是希望製造可取代真空管的固態放大器，它是透過量子力學理解電子在固體內部與表面的行為時，所獲得的有用成果。電晶體的發明使人們可以做出大型積體電路，使電腦變得如此普及。可說是改變世界的大發明。」隨着電晶體的突破發明，很快推出電腦。電晶體越做越細，以及加快了處理速度，這是所謂「摩爾定律」，經過多年研發實驗製造，電晶體已微細至5納米左右。

促進科技 智能手機普及

「上帝不會擲骰子」和「摩爾定律」關係是甚麼？愛因斯坦是物理古典學派，信奉牛頓式思維：宇宙一切事物皆有跡可尋，所有事物通過實驗、測量得數據，便可找到規律，從而進行預測和計劃，這是推動工業革命的基本根據。然而，量子力學現象出現，世界變了，改變甚麼？1946年，賓夕法尼亞州大學的電腦ENIAC佔地1500平方呎、重30噸，但相比於現在智能手機，有如來自兩個星球的差別，這就是量子力學的魅力所在。

量子力學還有「不確定性」、「光粒二象性」等等有趣的現象，本書除了做科學示範外，更描述多位科學家不同的見解，以及他們的生活故事。作者更透露一則鮮為外人所知之事，二次世界大戰時，日本陸軍航空本部亦已進行核子分裂的研究，計劃製造原子彈，不過日本沒有足夠的鈾-235可用，主持這個項目是留學英國、丹麥的仁科芳雄博士，他與傳奇的「原子之父」奧本海默都有一點相似，成功與否都不想製造殺人武器。奧本海默也是留學生，主攻量子力學。

量子電腦 成為熱門話題

2016年，加拿大新任總理杜魯多以文科生背景，在一次公開場合，與大家談天說地，但這位帥哥總理竟然提出量子力學這個話題，他說︰「普通電腦運作，僅視乎是否有電流通過電線，要麼是0、要麼是1，是二進制系統。量子現象則更複雜，因為我們知道量子可同時是波也是粒子。量子狀態不確定的特性，可讓我們將更多資訊在更小型的電腦內編成代碼。」

杜魯多真的理解量子力學？答案很可能同樣存在不確定性，即是「是波也是粒子」。量子電腦原來是加拿大強項，全球率先於2014年製造出量子電腦D-Wave就是來自該國。可喜的是我們已經追上來，量子電腦技術領先，現在大家還不快來學習！
文：王文宇 圖：星島圖片庫、摘自《圖解量子力學》

《圖解量子力學》

作者︰椎木一夫
譯者︰朱麗真
出版︰商周出版
售價︰$83

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