论述量子力学对现代科技的影响

论述量子力学对现代科技的影响20世纪20年代首先是物理学的黄金时代，它是自本世纪初开始的历时30年之久的物理学革命的最后10年，其间量子力学的建立是最为引人注目的高潮。量子力学的建立，是继相对论之后对古典物理学的又一次严重的打击，它对物理学乃至整个自然科学的冲击比相对论更为猛烈。相对论提供了新的时空观，量子力学则向人们提供了一种新的关于自然界的思考方法和表述形式。量子力学的一系列基本概念，如物质的波粒二象性、物理量的不可对易性、测不准关系、互补性等等，深刻地揭示了微观物质世界的基本规律，极大地加速了原子物理学和固态物理学的发展，也为核物理学和粒子物理学准备了理论基础，对结构化学和分子生物学等的产生也有启迪作用。因此，量子力学可以说是20世纪最多产的科学理论，它迄今仍具有强大的生命力。在探索微观世界的同时，人类对宇宙世界的探索也从太阳系、银河系向更大的河外星系进军。河外星系的发现是20世纪天文学最重大的成就之一，它导致了星系天文学的诞生，掀开了人类探索大宇宙的新的一页。在物理学家和天文学家探索物质世界和宇宙空间奥秘的同时，生物学家和医药学家也在探索人体自身的奥秘和寻求治疗疾病、延长寿命的方法。抗菌素的发现和免疫疫苗的研究有了突破性的进展。科学技术的发展带来了众多的发明创造，丰富了人们的日常生活；家用电器的问世，具有特别重要的意义。中国则是在1915年创立了中国科学社、创刊了科学杂志之后，又于1928年成立了中央研究院和北平研究院，标志着中国科学的发展进入了建制化阶段。加拿大多伦多大学医院医师班丁（FGBanting，1891-1941）发现糖尿病一定与胰腺有关。经过研究，他发现在健康人的胰腺上，分布着许多像岛屿一样的小暗点，而患糖尿病人的胰腺上，小暗点只是健康人的一半。班丁作出了一个大胆的设想，只要想方设法增加胰腺上的小暗点，就能攻克糖尿病这个难关。他把增加的小暗点称为“胰岛素”。通过一段时间的研制，终于实现可以在胰腺不受破坏的情况下，进行正常的提取，并且在实验室里把胰岛素分离出来。美国物理学家康普顿(Arthur Holly Compton ，1892.9.10-1962.3.15)在研究x射线通过实物物质发生散射的实验时，发现了一个新的现象，即散射光中除了有原波长的x光外，还产生了波长比原波长大的x光，其波长的增量随散射角的不同而变化。这种现象称为康普顿效应(comptoneffect)。在用经典电磁理论来解释康普顿效应遇到了困难的情况下，康普顿借助爱因斯坦的光子理论，从光子与电子碰撞的角度对此实验现象进行了圆满的解释。我国物理学家吴有训（1897.4.26-1977.11.30）也曾对康普顿散射实验作出杰出的贡献。35岁的美国天文学家哈勃(Edwin Powell Hubble，1889.11.201953.9.28）利用威文台台长海尔建造的当时世界上最大的2.5米口径望远镜，在仙女座大星云、三角座旋涡星云等中发现了一批造父变星，他用造父变星的周光关系作量天尺，测出了它们的距离，证明它们都是远在银河系外的恒星系统，即河外星系。河外星系的发现是20世纪天文学最重大的成就之一，它导致了星系天文学的诞生，掀开了人类探索大宇宙的新的一页。英国细菌学家弗莱明(Alexander Fleming1881.8.61955.3.11)继1922年发现“溶菌酶”之后，于1928年偶然发现了能抑制葡萄球菌生长的青莓他在冲洗被青霉菌污染了的葡萄球菌培养基标本时犹豫了一下，正是这一犹豫给全世界千百万病人带来了福音，因为这片刻的犹豫使他发现了靠近青霉菌的葡萄球菌菌落都不见了。他进一步用实验证明正是青霉菌的代谢产物青霉素具有杀菌作用，但对人或动物则毒性很小。青霉素的发现，开创了用抗菌素治疗疾病的新纪元。继青霉素之后，链霉素、氯霉素、土霉素、四环素等等高效普适的抗菌素不断产生，成为治疗传染性疾病的强有力手段。当今市场上，石英钟表已经非常普遍，并且逐渐地取代了机械式钟表，而使用石英作为钟表振荡器的研究工作花了20年代的整整10年（1920-1929年）。这10年时间的代价换来的是高度精确的计时效果天文台使用的石英钟其误差仅为每日万分之一秒或更少。石英电子钟表中，以电池为能源，以石英振荡器为时间基准，以集成电路为核心通过指针或数字来显示时间的结构。数字式石英手表不用指针而是用数字显示时间。显示方式有两种。一种是发光二极管显示（简称LED）,因耗电大,现已不再使用；另一种是液晶显示（简称LCD），为现在大多数数字式石英手表采用。它耗电小，结构简单，成本低。但液晶显示属于被动发光，在黑暗中要有表内照明才能看见数字，同时液晶视角较小。双显石英手表综合了以上两种石英手表的优点。它既有指针式石英手表的指针，又有数字显示，功能齐全。量子力学不仅解 释了微观世界里的许多现象经验事实,而且还开拓了一系 列的新的技术领域。首先,量子力学和狭义相对论再加上原子核物理的深刻的研究,共同开拓了一个新时代原子能时代,从 而为 人 类 找 到 了 一种 可 以 说“取之不 尽,用 之不竭”的 能 源,并 有 可 能 将人类 活 动 的踪 迹,由 地 球移到别 的 星 球,如 月 球、火 星 等等。然 而 更为 重要 的是量 子 力学 还开 辟 了一 种全新的 信息 技术,使 人 类 进人 信 息化 的 新时代,或 又 称为 电 脑时 代。量 子 力学除 了 应 用到 原 子、分 子、原 子 核、粒 子 等微观 体 系 外,它 还被 应 用到 固 体 领 域 等 复杂 体 系,用 它解 释 了 铁磁 体、铁 电 体 等 物 质 的电磁性质,也 解 释 了 为 什 么 有些 材料 是绝 缘体,有些是 导 体。尤 为 重要 的 是,解释 了 为什 么 某 些 材料 是 半 导 体。而 且 根 据量 子 力学,在这 些 半导 体中,可 以 有 电 子 导 电、空 穴 导 电 等 等 区 别,从而又提出 半 导 体 的二极 管、三 极 管等等 的观念。后来 又 发 展为集成 线 路。大 规 模 集成线路 的 组 合,成为 现 代 电 子 计 算 机的技 术基 础。可 以 说,没有量 子 力学,就 没有 以 电 脑 控 制占 主 导地 位 的现 代化 工 业。由量 子 力学 的 深刻 的 研 究所提出 的 光 的 受 激辐 射 的原 理,还 被用来 研 制 种种 形 态 的 激 光 器,广 泛 地应 用 于 科学 实 验,制 成 激光雷达、激 光制导 以 及 光武