现代科学的基石

我们在接受基础教育时，学的都是经典物理学的内容，即便到了大学阶段，也只有在某些理科类的专业中才会学习一部分量子力学的知识，这使得大多数人可能对量子力学的概念和理论产生困惑。然而，实际上，如果把当代人类科技比作一座高大华美的大厦，那么量子力学就是这座大厦的基石，而且还是埋在地下的那种，并不为大多数人所知。

量子力学自出现以来，在1个世纪中取得了惊人的进展，它不但解释了微观的量子世界中出现的奇特现象，而且其理论预言至今没有一项被证明是错误的。我们需要量子力学理论来解释为什么有阳光普照，为什么草是绿色的，电视机是如何产生图像的，甚至宇宙是怎么从大爆炸演化而来的。毫不夸张地说，时至今日，量子力学成了每一门自然科学的基础，无论是化学、生命科学还是宇宙学，不管是研究微观世界还是宏观宇宙。

例如，在化学领域，在量子力学出现后，人们才认识到是原子外层的电子决定了原子的化学特性。元素周期表源于150年前俄国科学家门捷列夫的发现。门捷列夫注意到组成物质的各种元素的排列有周期性，但此前科学家一直不清楚为什么存在这种周期。美籍奥地利物理学家泡利根据电子的量子自旋原理提出了著名的“泡利不相容原理”，解释了电子在核外排布呈周期性的原因，这才揭开了元素周期背后的秘密。可以说，当代化学完全建立在量子力学的基础之上。

我们都知道植物靠光合作用固化空气中的碳，同时释放氧气，人类的生存说到底完全离不开植物的光合作用。光合作用究竟是怎么一回事？经典物理学一直无法对它做出合理的解释。原来，它源于量子相干性的机制。再例如，我们平时是怎么闻到气味的呢？这其实也与量子力学相关。科学家发现，气味分子会与人体内的受体结合，通过振动释放电子，产生神经电信号，并最终将信号传递到大脑，我们才产生了嗅觉。不同的气味分子的振动频率不同，因此才让人感觉气味不同，这种振动也是量子效应之一。除此之外，鸟类是靠什么导航实现远距离飞行的？人类的遗传基因为何会发生突变？这些都是量子生物学研究的内容。人们都说21世纪是生物学革命的时代，而生物学的发展一定离不开量子力学的助力。

在《三体》中，三体文明发射智子来地球的主要目的就是阻碍人类科技的发展，其中重要的手段之一就是破坏高能粒子加速器的量子实验——因为量子力学是所有基础力学的根基。而与这类实验相关的粒子物理学和理论物理学，也都与量子力学密不可分。