为什么量子物理学难以被加拿大留学生们所理解?

量子力学被认为是物理学中最复杂的分支。量子系统不遵守我们习惯的规则，它们很难被看到和 "感觉到"，它们可以有相互矛盾的属性，同时以几种不同的状态存在，甚至根据我们是否在观察它们而发生变化。物理与技术学院的博士生、纳米结构中的光与物质耦合国际实验室的研究员瓦列里-科津谈到了如何研究这些不可预测的现象以及为什么量子力学值得研究。那么为什么量子物理学难以被加拿大留学生们所理解?

1.世界的物理学和宏观世界的物理学的主要区别是什么?

量子力学的一个基本假设是，如果一个系统可以存在于状态A和B中，那么它也可以存在于作为状态A和B的组合的任何中间状态中。然而，在我们生活的日常生活中，我们观察到的画面是，每个物体都以某种状态为特征，如果它处于这种状态，它就不可能处于任何其他状态。

2.你能给我们举个例子吗?

一部智能手机不可能同时在桌子上和其他地方，一架飞机不可能同时以450和800公里的时速飞行。但是，将这些不言而喻的世界观推断到微观世界，表明在更深层次上，这些基本规则不起作用，不能用来解释实验数据。如果我们试图在经典电动力学的框架内描述原子，结果会发现它们不可能存在。如果你有两个带电粒子，它们将围绕其共同的质量中心旋转，就像地球围绕太阳旋转一样。但问题是，一个围绕原子核旋转的电子会相当快地落到原子核上，因为它已经用完了所有的能量。解决这个问题的方法是放弃一些在我们看来很明显的想法。

3.量子力学描述了整个世界，为什么我们不能观察到其原理

这个问题的答案在于退相干的概念。退相干发生在一个量子系统与其环境相互作用时，周围状态的不确定性的混乱以一种不可控制的方式改变了量子系统的状态。这方面的一个很好的例子是众所周知的观察者效应：即使是对量子反应的被动观察，实际上也会影响测量结果。这个概念解释了为什么一个电子可以同时存在于空间的两个点，而人却不能：人与环境不断接触。

4.量子物理学它有多难?

量子物理学的研究与经典物理学的研究非常相似。例如，电磁波的行为因其波长不同而大相径庭，以至于在非物理学家看来，它们是同一物理现象的所有方面，只在一个参数上有所不同，这一点可能很奇怪。我们用于无线电通信的无线电波、用于移动电话网络和在微波炉中加热食物的微波、红外辐射、X射线和伽马射线都是电磁辐射的形式，即使乍一看它们是完全不相关的，然而，如果你对这些现象进行相当长的一段时间的观察，并足够密切地与它们合作，你就会开始将这些现象的整个范围视为一个共同而清晰的画面的一部分。

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