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量子力学是什么？有哪些用途？
量子力学的基本原理是建立在量子态的基础上的 ，量子态其实就是一个矢量 ，与我们三维空间中的矢量也差不多 。
不过，量子态作为一个矢量是生活在哪个空间的呢？这个是我们最需要关心的问题，答案是：希尔伯特空间 。
希尔伯特空间是以数学家希尔伯特来命名的 ，但你不要被这个空间吓倒 ，其实也很简单，你把它想像成一个矢量空间就可以了。
如果你不明白什么叫矢量空间 ，那就可以去翻翻线性代数的书 ，那里一上来就给出了7条定义，来定义线性空间 。线性空间就是矢量空间 。
那么好了 ，现在我们已经知道 ，量子态作为一个矢量是生活在希尔伯特空间的。
有了这一点，那么你就可以知道 ，线性空间的所有性质 ，都可以用在量子态上。所以在这个意义上，量子力学就是线性代数 。
当然 ，量子力学比线性代数要多一些东西 ，多出来的东西叫什么呢？其实就是你还要有演化的概念，那就是量子态随着时间会演化的 。
那么演化是什么？
其实也很简单。量子力学的演化就是矢量在线性空间里绕着原点旋转，在旋转的过程中 ，矢量的方向在变 ，但长度不变 。这个旋转在量子力学中被称为幺正演化，其实也就是我们平常说的薛定谔方程 。
所以 ，要想理解量子力学 ，你需要有一定的线性代数的基础，如果你是文科生 ，那么要理解量子力学就会困难一些。为什么文科生会觉得困难？大概原因就在于大部分文科生没有学过线性代数 ，所以无法建立起量子态的直观的图像，因此陷入了一种似是而非的迷惘里 。
作为研究微观粒子基本规律的物理基础学科 ，量子力学理论是人类科学科技发展史上最不可或缺的部分 ，在世界经济发展上也有重大的意义 。美国的《商业周刊》在2004年曾经有过阐述，认为量子力学理论是“上个世纪最高的智慧成果 ”。加州技术研究所的约翰•普雷斯希尔认为 ，如果没有量子力学的发展 ，就不会有各种各样精密的仪器，而这些仪器在社会发展中已经发挥了巨大的作用 。比如，激光器、磁共振成像仪 、GPS导航系统等等 ，都是在量子力学的研究成果上被发明研制出来的 。
目前 ，量子力学理论已经成为众多分支学科的基础理论，现代化学中的有机分析与合成 、现代天文学中的对恒星、黑洞 、虫洞的研究 ，能源开发和环保领域 ，这些都离不开量子力学理论。
由量子力学理论研究而开发出来的产品，已经成为我们生活中不可缺少的必须品 。比如 ，无线电话机 、电视机、网络宽带、音像制品 、集成电路 、晶体管、电子计算机 、电子显微镜 、卫星导航系统 ，这些产品如果不依据量子力学的原理，都是无法制造出来的 。此外 ，如果没有量子力学理论 ，全球的军事技术就只能永远停留在第一次世界大战的水平。
我举一个很现实的例子。马云是中国首富，他的主要成就是创建和发展了互联网企业阿里巴巴 。阿里巴巴在全球带动了数以千万计的工作岗位 ，推动了物流网等一系列变革 。如果没有互联网技术 ，马云就没有这么高的成就，不仅他很可能还在某一个地方艰难的挣扎，诸多收入很高的淘宝店家 ，也实现不了致富的梦想 ，而普通消费者也享受不了便利的服务。
虽然本人是量子力学学渣级OG，但是论到做做最基础的科普工作 ，还是很愿意勉力而为之的 。
如果用一句话描述量子力学 ，我觉得它是人类打开微观世界奥秘之门的那把钥匙 。下面我就量子力学怎么产生的、到底是什么 、有哪些用途这几点来详细说明一下：
一 、量子力学的发端
19世纪末，人类的科研水平越来越高 ，对微观世界的研究也越来越深入 ，众多旧经典力学框架下无法解决的问题也就逐渐浮出了水面。这里重点说说直接导致旧量子力学产生的“紫外灾难 ”和普朗克公式 。
这里要先说一下黑体，黑体就是外来的电磁波(包括红外线 ，可见光 ，紫外线，等等等等)全都能被它吸收的家伙 ，而不会有任何的反射与透射 。
但是有温度的物体都会对外产生热辐射(由于具有温度而产生电磁波) ，黑体也不例外，它的热辐射可以说是100%来自于他自己。因此，黑体就成为了研究物体热辐射现象的极佳对象 。
当然 ，黑体的特性是理想的状态 ，实验室只能高度近似地做出来 。
那么就开始研究呗，瑞利和金斯这两位物理学家在研究黑体辐射的强度时 ，根据一系列的假设条件和严格的数学推导(需要数学、物理功底 ，这里不再赘述)得到了如下的公式——
式中k是玻尔兹曼常数，с是真空中光速,T是热力学温度 ，v是频率 ，而w(v，T)就是要推导的能量密度了。
后来 ，这个根据经典物理学推导出的公式在实验中遇到了麻烦 ，人们发现它在电磁波频率趋向无限大(波长趋向无穷小)时是不适用的，你会得到短波产生的辐射强度也趋向于无穷大的荒谬结论(实验时却发现强度接近于0) ，这被称为“紫外灾难” 。
为了解释现实和理论的矛盾 ，普朗克站出来了 。
他打破了能量是连续的框架，假设黑体辐射是一份一份地进行的，辐射能量是某个小能量元的整数倍 ，重新修正了瑞利-金斯公式 ，公式如下：
于是乎，新的公式可以解释所有波长的辐射 ，问题搞定！
二 、量子力学是什么？
问题虽然解决了 ，但普朗克和物理界却不淡定了。
一开始，抛弃了旧框架的普朗克陷入了孤立无援的境地 ，大家都不相信“能量是分份儿 ”的这种奇怪的概念。据说 ，连他自己也不相信……
后来，爱因斯坦也加入了普朗克的阵营 ，提出了光量子学说 。
再后来 ，玻尔提出了原子结构的玻尔模型，他的学生沃纳-海森堡据此提出了矩阵量子力学 ，而埃尔温-薛定谔 、狄拉克他们又搞出来波动量子力学 ，等等等等，量子力学这门学问就越来越复杂、越来越庞大了 。
神仙聚会，左二为爱因斯坦 ，中间为普朗克
所以说 ，量子力学到底是什么呢？
这里我不想用规范的学术性语言来表达，我个人觉得 ，量子力学就是人类在科技发展到现代 ，发现微观世界里有如此多我们不理解的现象时，用规范的数学框架对微观量子态世界的描述和统计诠释。
量子力学的诞生标志着我们人类开始打开高速运转的微观世界的黑匣子 ，它是人类现代科技继续向前发展的根基之一 。可以这样说 ，如果你不能掌握量子力学的体系和工具，就无法理解或者研究现代物理 。
三 、量子力学的用途
正因为量子力学如此基础和重要 ，所以它在现代科技中的应用基本上是无处不在。
——通信 、卫星
潘建伟院士
中国科大的潘建伟院士所领衔的团队在量子保密通信方面做出了突出的贡献 ，如果“量子科学实验卫星 ”工程进展顺利，中国将在2030年率先建成全球化量子通信卫星网络！由于量子的测不准属性 ，这样的通信是100%保密而安全的！
——量子传输
还是潘建伟院士领衔 ，他所做的实验当中，一个量子态在八达岭消失后，在并没有经过任何载体的情况下 ，瞬间出现在了16公里以外 。想想吧 ，如果科技进一步发展，或许大件物体甚至人类都可以瞬间移动了！
——量子计算机
这个东西目前还是概念 ，但是潘教授团队已经做出了计算原型机 。为什么要做量子计算机 ，量子的状态下不需要任何计算过程啊！如果最终能做出来，这就是最强CPU！
上面说一些的应用大部分还不太成熟 ，我们再看看我们已有的世界和量子力学有多大关系。
○你现在使用的计算机、手机——
因为量子力学的突破性进展 ，晶体管的出现了，这才有了你现在用的CPU芯片！
——激光
激光器工作的原理 ，实际上就是激发一个特定量子散发能量 ，感谢普朗克和量子力学吧，否则我们在医疗、工业生产时会少一把很有用的刀！
——其他
随机数字发生器 、原子钟 、电子显微镜、核磁共振显示器等等等等科技产品的背后 ，也离不开量子力学的身影 ，甚至核武器背后也有量子力学的概念 。量子力学对于哲学 、科幻文学 、宗教、个人修行都有广泛而深刻的影响，我这里就不多谈了 。
在教育界方面，清华经济管理学院的钱颖一院长在和特斯拉联合创始人马斯克对话时表示会考虑把量子力学列入他们学院的正式课程。请注意经济管理和量子力学的差距有多大！很显然 ，基于现实研究的 ，从经典力学到量子力学的人类思维跨越和思维框架转型值得任何行业的精英去学习 、去借鉴 。
最后再说一句话吧，如果你的孩子有理科天赋 ，即使不上物理系 ，千万也要试着让他学习学习量子力学 。谁知道那个最不可思议的量子世界能让孩子绽放出什么样的光芒呢？？？
作为有态度的思想者，不虚伪的修行者 ，采药君欢迎您的关注。
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