听到量子力学这个术语的时候，你的脑海里一定会泛起一些怪异和反直觉的东西，比如既是波又是粒子的电子，还有既生又死的猫。然而，虽然这些亚原子“灵异”事件确实怪异到几乎令人难以置信，但要是量子力学并不正确，那么我们的现代社会压根不会存在。

为纪念量子力学诞生100周年，联合国宣布2025年是“量子科学和技术国际年”，既是为了庆贺这个理论在过去一个世纪中收获的成功，也是为了规划全球人民未来怎样从至关重要的量子技术中获益。

创立一个改变世界的理论

在19世纪末，物理学家已经很好地掌握了许多自然运作法则。他们发现了运动定律、电磁定律和热原理。这样的坚实物理学基础推动了我们现在称之为“工业革命”的文明变迁。然而，彼时还是有一些看上去不太起眼的小谜团存在。举例来说，铸铁厂里冶炼钢铁时发出的光并不像理论预期的那样呈紫色。

正是在思考这个现象和其他现象的过程中，物理学家意识到原子世界的运作原理与我们用感官体验到的日常世界迥然不同。1900年，德国物理学家马克斯 · 普朗克推测，光和其他波段的电磁波携带的能量与波的频率有关，标志着物理学家朝原子世界迈出了第一步。

在随后的几十年中，陆续出现的诸多实验发现和理论修正缓缓揭开了原子世界的神秘面纱——那是一个由一系列看似矛盾的行为支配的领域。电子和光的行为有时像是一只极微小的棒球，有时又像是一片因挤满了孩童而波光粼粼的池塘水面。对物理学家来说，那是一段令人摸不着头脑的时期。

1925年，当奥地利物理学家、社交达人埃尔温 · 薛定谔写下现在所称的“薛定谔方程”时，原子世界的图景已经变得明朗许多。薛定谔方程有效地描述了原子释放的光的波谱，标志着原子从一种化学角度上的奇景转变成了其神秘特性可以造福人类社会的重要物体。

技术上的巨大飞跃

在过去的一个世纪中，我们对量子世界的认识呈指数式增长，且原子物理学也步入了电子时代。晶体管以及其他半导体技术奠定了现代信息社会的基础。如今点亮笔记本电脑和智能手机的LED灯正是源自我们对原子工作方式的深刻理解和相关技术的娴熟运用。即便是我们拿来逗弄小猫的普通激光笔，其本质也是一种手持形式的量子驱动技术，原理与现在使用的全球通信技术并无二致。

量子技术的进化还远未结束。研究人员仍在不断研发新型材料，它们有可能成为室温超导体，从而为全球供能体系带来革命性发展。太阳能电池性能的提升则能帮助我们更为有效地从太阳那儿汲取能量，从而帮助我们抵御使用化石燃料不可避免的风险。

对量子力学的深刻理解还推动了计算机产业的变革。量子计算机并不依赖传统计算机那样的“开/关”二元体系，可以在几分之一秒的时间内迅速解决传统计算机花上几年才能处理的问题。举个例子，用于保护信用卡交易和跨国私人通信的传统加密算法会轻松地被量子计算机破解。

联合国宣布2025年为“量子科学和技术国际年”，既肯定了量子理论对建设现代科技社会的积极作用，也表达了对量子技术革新的殷切期许。另外，这一举动无疑会激励世界各国的物理机构、组织制定相关教育和推广计划，向广大民众宣传量子力学这一具有革命意义的物理学理论对全人类的深刻影响。

在接下去的一年内，我们肯定会了解到更多关于量子力学如何影响人类社会，未来又将如何继续改造人类社会的信息。

资料来源 Big Think

——————————

本文作者唐·林肯（Don Lincoln）博士是美国国家费米实验室的资深科学家，参与了顶夸克和希格斯玻色子的发现，发表的科研论文超过1500篇，同时还著有多部科普作品