没想到这个回答今天引起广泛讨论,谢谢各位,做一点问题讨论的补充。
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原答案
没有量子力学就不会有电子信息化时代,就没有现代文明
我举几个简单例子说说现代科学技术里用到量子力学的
常见的半导体器件
1.激光器
2.发光二极管 你的手机屏、平板都得用的
3. 所有的CPU、GPU、存储器
其它应用
4.各类仪器 光谱仪、散裂中子源、质谱仪、同步辐射、SEM、TEM、STM、原子钟等等
5.新材料 比如碳纳米管、石墨烯、超导材料、拓扑绝缘体材料、电子陶瓷
太多太多
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先来简述下能带
孤立原子中电子的分立能级
多原子系统电子能级的分裂
晶体中能带的形成
在单原子中电子能级是分立的,这一点是基于量子力学的描述,否则按照经典物理描述能级就是连续的。在晶体中,由多个原子的共同作用使得单能级分裂为N个能级,看起来这些能级就像连续分布的的,我们就叫它能带。于是我们才有了价带、导带、禁带的概念。
激光器工作原理
光的自发发射(是半导体发光的基础)
光的受激吸收(是半导体探测器工作的基础)
光的受激发射:光子激励导带中的电子与价带中的空穴复合,产生一个所有特征(频率、相位、偏振)完全相同的光子。它是半导体激光器的工作原理基础。
关于CPU
芯片里面有几千万的晶体管是怎么实现的? - 中央处理器 (CPU) - 知乎 CPU的原理是怎样的,它跟量子力学有什么关系? - 量子物理 - 知乎 Kristian回答
总的来说就是没有量子力学,就没有半导体物理,没有半导体物理就没有现代信息产业,也就没有现代科技文明。
关于GPS
GPS的原理是基于四个在轨卫星的雷达测距,测距就需要高精度的时间计量。尤其现代交通工具运行速度越来越快,如果你的时间精度不够,将导致测距误差较大,这样你的定位系统精度就难以保证。目前GPS系统使用的是铷原子钟,授时精度:<50ns。
中科院授时中心研制的原子钟精度已达到十亿年一秒。2014年美国物理学家研制出的原子钟,运行50亿年也不会偏差1秒。这个“锶晶格钟”由美国国家标准与技术研究所(NIST)和科罗拉多大学共同创建的美国天体物理联合实验室(JILA)研制而成。
山随平野尽回复
章焱舜 GPS需要精度极高的原子钟作为基准时间,这个没有量子物理学是造不出来的。相对论只是给卫星与地面之间校准时间提供了一个理论解释,即便没有相对论,人类也可以通过实际测量把gps时间修正过来。
回复
你猜 GPS修正是相对论吧……
新材料制备
当前做材料研究的一大趋势是,高通量的计算+高通量的实验
如果还是按传统理念制备新材料,并且不按理论指导,那是相当费时费力的。
现在很多新材料研发都是先做模拟计算,然后按照计算的结果来制备。计算材料学(Computational Materials Science),是材料科学与计算机科学的交叉学科,正在快速发展。计算材料学中有一种常用计算方法叫第一性原理,而这种方法就是基于量子力学的薛定谔方程。