為什么聯(lián)合國(guó)宣布2025年是“量子科學(xué)和技術(shù)國(guó)際年”？

聽到量子力學(xué)這個(gè)術(shù)語(yǔ)的時(shí)候，你的腦海里一定會(huì)泛起一些怪異和反直覺的東西，比如既是波又是粒子的電子，還有既生又死的貓。然而，雖然這些亞原子“靈異”事件確實(shí)怪異到幾乎令人難以置信，但要是量子力學(xué)并不正確，那么我們的現(xiàn)代社會(huì)壓根不會(huì)存在。

為紀(jì)念量子力學(xué)誕生100周年，聯(lián)合國(guó)宣布2025年是“量子科學(xué)和技術(shù)國(guó)際年”，既是為了慶賀這個(gè)理論在過(guò)去一個(gè)世紀(jì)中收獲的成功，也是為了規(guī)劃全球人民未來(lái)怎樣從至關(guān)重要的量子技術(shù)中獲益。

創(chuàng)立一個(gè)改變世界的理論

在19世紀(jì)末，物理學(xué)家已經(jīng)很好地掌握了許多自然運(yùn)作法則。他們發(fā)現(xiàn)了運(yùn)動(dòng)定律、電磁定律和熱原理。這樣的堅(jiān)實(shí)物理學(xué)基礎(chǔ)推動(dòng)了我們現(xiàn)在稱之為“工業(yè)革命”的文明變遷。然而，彼時(shí)還是有一些看上去不太起眼的小謎團(tuán)存在。舉例來(lái)說(shuō)，鑄鐵廠里冶煉鋼鐵時(shí)發(fā)出的光并不像理論預(yù)期的那樣呈紫色。

正是在思考這個(gè)現(xiàn)象和其他現(xiàn)象的過(guò)程中，物理學(xué)家意識(shí)到原子世界的運(yùn)作原理與我們用感官體驗(yàn)到的日常世界迥然不同。1900年，德國(guó)物理學(xué)家馬克斯 · 普朗克推測(cè)，光和其他波段的電磁波攜帶的能量與波的頻率有關(guān)，標(biāo)志著物理學(xué)家朝原子世界邁出了第一步。

在隨后的幾十年中，陸續(xù)出現(xiàn)的諸多實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)和理論修正緩緩揭開了原子世界的神秘面紗——那是一個(gè)由一系列看似矛盾的行為支配的領(lǐng)域。電子和光的行為有時(shí)像是一只極微小的棒球，有時(shí)又像是一片因擠滿了孩童而波光粼粼的池塘水面。對(duì)物理學(xué)家來(lái)說(shuō)，那是一段令人摸不著頭腦的時(shí)期。

1925年，當(dāng)奧地利物理學(xué)家、社交達(dá)人埃爾溫 · 薛定諤寫下現(xiàn)在所稱的“薛定諤方程”時(shí)，原子世界的圖景已經(jīng)變得明朗許多。薛定諤方程有效地描述了原子釋放的光的波譜，標(biāo)志著原子從一種化學(xué)角度上的奇景轉(zhuǎn)變成了其神秘特性可以造福人類社會(huì)的重要物體。

技術(shù)上的巨大飛躍

在過(guò)去的一個(gè)世紀(jì)中，我們對(duì)量子世界的認(rèn)識(shí)呈指數(shù)式增長(zhǎng)，且原子物理學(xué)也步入了電子時(shí)代。晶體管以及其他半導(dǎo)體技術(shù)奠定了現(xiàn)代信息社會(huì)的基礎(chǔ)。如今點(diǎn)亮筆記本電腦和智能手機(jī)的LED燈正是源自我們對(duì)原子工作方式的深刻理解和相關(guān)技術(shù)的嫻熟運(yùn)用。即便是我們拿來(lái)逗弄小貓的普通激光筆，其本質(zhì)也是一種手持形式的量子驅(qū)動(dòng)技術(shù)，原理與現(xiàn)在使用的全球通信技術(shù)并無(wú)二致。

量子技術(shù)的進(jìn)化還遠(yuǎn)未結(jié)束。研究人員仍在不斷研發(fā)新型材料，它們有可能成為室溫超導(dǎo)體，從而為全球供能體系帶來(lái)革命性發(fā)展。太陽(yáng)能電池性能的提升則能幫助我們更為有效地從太陽(yáng)那兒汲取能量，從而幫助我們抵御使用化石燃料不可避免的風(fēng)險(xiǎn)。

對(duì)量子力學(xué)的深刻理解還推動(dòng)了計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)的變革。量子計(jì)算機(jī)并不依賴傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)那樣的“開/關(guān)”二元體系，可以在幾分之一秒的時(shí)間內(nèi)迅速解決傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)花上幾年才能處理的問(wèn)題。舉個(gè)例子，用于保護(hù)信用卡交易和跨國(guó)私人通信的傳統(tǒng)加密算法會(huì)輕松地被量子計(jì)算機(jī)破解。

聯(lián)合國(guó)宣布2025年為“量子科學(xué)和技術(shù)國(guó)際年”，既肯定了量子理論對(duì)建設(shè)現(xiàn)代科技社會(huì)的積極作用，也表達(dá)了對(duì)量子技術(shù)革新的殷切期許。另外，這一舉動(dòng)無(wú)疑會(huì)激勵(lì)世界各國(guó)的物理機(jī)構(gòu)、組織制定相關(guān)教育和推廣計(jì)劃，向廣大民眾宣傳量子力學(xué)這一具有革命意義的物理學(xué)理論對(duì)全人類的深刻影響。

在接下去的一年內(nèi)，我們肯定會(huì)了解到更多關(guān)于量子力學(xué)如何影響人類社會(huì)，未來(lái)又將如何繼續(xù)改造人類社會(huì)的信息。

資料來(lái)源 Big Think

本文作者唐 · 林肯（Don Lincoln）博士是美國(guó)國(guó)家費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室的資深科學(xué)家，參與了頂夸克和希格斯玻色子的發(fā)現(xiàn)，發(fā)表的科研論文超過(guò)1500篇，同時(shí)還著有多部科普作品