百強榜單締造者，學者代表作：成癮康復理論，科學專家，優質創作者
【RbY轉發說明：對于非化學專業的同學來說量子物理基礎知識點總結，由于本文概念較多，轉發時重要概念已突出顯示并涂黑。 ]
量子化學是現代數學的重要基礎理論，廣泛應用于許多學科和現代技術中。 量子化學的基石是量子熱，它相當復雜，許多人對其眾多概念及其聯系感到不舒服。 這張量子化學圖可以讓您全面了解量子熱。
首先看一下這張圖的大概結構：左下部分是關于量子熱的基礎，然后向下是關于量子現象到量子技術，中間部分是關于量子理論，上半部分和右半部分是關于量子理論的。部分與量子學科和領域相關。
讓我們從量子熱的起源開始。 從18世紀到19世紀末，人們發現現有的經典數學理論很難解釋一些重要的現象。 通過對這個問題的認知，量子熱學于20世紀初建立。 這種現象主要有：
二氧化碳吸收并發射特定頻率的光，稱為原子光譜。 這是一個謎，沒有已知的經典物理解釋。
人們想知道原子是如何穩定的。 在經典數學中，電子不斷輻射能量并塌陷到原子核中。
對于放射性現象也缺乏合理的解釋。
低溫的身體感覺會發出不同頻率的電磁輻射，稱為松體輻射。 從 Arial 觀察到的光分布與經典化學的預測不符。
當光照射到單個金屬時，會導致電子逃逸。 這就是所謂的光電效應，經典理論無法解釋。
現在看看量子熱的基礎知識。 量子熱學的基石實驗是雙縫實驗，其中電子通過兩個縫發射，在前探測器上產生干涉圖案，這種干涉圖案只能在波中看到。 這是量子波粒二象性的基本實驗證據之一。
事實上，在量子熱物理學中，所有粒子都通過一種稱為波函數的物理工具描述為波。 著名的薛定諤多項式描述了這些波如何隨時間變化。 我們從來無法直接看到波，因為我們測量到的只是粒子。
有了這個波函數，就可以預測粒子可能出現的位置，并且你必須對它們進行一些物理計算。 根據伯爾尼法則，這會產生粒子可能存在的概率分布。
這給我們帶來了海森堡的不確定性原理，該原理指出，只要粒子具有確定的位置并且我們沒有關于其動量的準確信息，量子物體的個體特征（例如位置和動量）就沒有確定的值。
另一個重要的多項式是狄拉克多項式，它擴展了薛定諤多項式以包含相對論并描述高能粒子。
貝爾定律是另一個重要的基本概念，它證明了量子熱的不確定性并不是由于對隱變量的認識不足造成的，而是宇宙的基本組成部分造成的，這也導致了非定域性的概念。
之后是能量的量子化，即像電子這樣的物體只能具有一定的能量，這就是量子熱學中量子名稱的由來。 量子化是由于它們的波函數只能以特定的方式振動，這也意味著量子總是具有最小的能量，稱為零點能量。 這不僅適用于原子中的電子，甚至也適用于太空的真空。
現在，我們繼續看看量子系統所具有的量子現象的特征。 量子熱中的粒子具有其中提到的許多特征。 例如位置和動量以及許多其他特征。
載體是一個非常重要的屬性。 所有粒子都分為兩類：玻璃骰子，具有整數載流子，并且都可以具有相同的量子態；費米子，具有一半的整數載流子，但不能具有相同的量子態。
疊加是當粒子有可能處于許多不同狀態時的一種性質，例如同時處于兩個不同的位置。 這意味著它的波函數在兩個不同位置有值。 雖然在檢測到它的時候，它只會在一個位置出現一次。
薛定諤的貓，是對疊加態的通俗描述。 這只貓最初展示量子熱的努力似乎很愚蠢，因為貓不可能同時既活著又死了。 但這并不是因為疊加不真實。 像貓這樣的宏觀物體由于退相干而失去了量子行為。 量子物體與其環境相互作用，量子行為消失并發生退相干，將我們從量子領域帶到我們生活的環境。
糾纏是指兩個或多個粒子的波函數相互作用并混合，使粒子成為單個量子物體，這意味著不同粒子的性質雖然相距遙遠，但彼此相關。 這些描述粒子的波函數距離粒子很遠。 傳播的概念稱為非定域性。
還有其他有趣的現象只發生在量子系統中。 比如量子隧道，粒子具有穿過狹窄障礙物的能力，這是由于它們的波函數； 超導電子在高溫下移動且內阻為零的能力； 超流體優越的流動性，使流體以零粘度流動； 還有量子霍爾效應，即二維材料中電導的量子化； 卡西米爾效應，即由于兩塊板之間的大量子波切割而在特別短距離處產生的吸引力。
在研究從一種集體行為到另一種集體行為的轉變時，相變系統的量子行為是一個重要概念。 這些類似于二氧化碳的固體、液體和不同相之間的轉變。 而在量子相變中，除了體溫和壓力發揮重要作用外，還可能存在外部磁場。
現在我們來看看量子技術的應用。 我們每天使用的許多技術都利用了量子的驚人特性。
激光器使用一種稱為受激發射的過程來產生具有相同頻率和相位的許多光子束。
原子鐘利用銫原子中非常特定的超精細躍遷產生的光頻率來保持極其精確的時間，這是我們全球定位系統的基礎。
固體能帶理論描述了許多不同固體材料中電子的基態，它是半導體工業的基礎，形成了許多不同的技術，例如晶體管，世界上每臺計算機的構建模塊。
電子顯微鏡、掃描隧道顯微鏡和原子力顯微鏡使我們能夠看到光學顯微鏡看不到的東西，因為它們可以看到比可見光更小的波長，以區分病毒或原子等物體。
磁共振成像用于生物學和物理學領域，例如觀察我們的身體。 利用巨型超導磁極制造大磁場，如世界上最靈敏的磁傳感超導量子干涉儀，其核心部件是超導線環，其中包含一個稱為約瑟夫森結的絕緣間隙。
量子信息是一種正在盛行并不斷進步的新技術
量子密碼學利用量子糾纏進行通信。 這些通信非常安全，構成了量子互聯網的基礎。
量子位是量子計算機的構建模塊，利用量子疊加和糾纏來創建在經典計算機上幾乎難以模擬的狀態。 挑戰在于設計大量的量子位。 這樣的量子位可以保持足夠長的相干性來執行它們的評估。 這并不容易，但潛力巨大。 因為它們的組合堆疊意味著它們可以同時探索指數級計算能力。 這使得它們的復雜程度與我們每天使用的傳統計算機不同。
量子計算機有許多令人興奮的應用。 由于其計算能力，量子模擬具有廣闊的前景。 它將在發現具有全新特性的新材料或解決物理和生物學中計算量巨大的任務（例如蛋白質折疊）方面發揮巨大作用。
看看當今量子化學的相關主題領域（從左到右）：
量子生物學研究量子熱力學在生物系統中的作用，涉及能量傳輸、光合作用的效率以及許多生物學過程。 如果沒有量子熱理論，像魚的磁鐵如何導航、我們的觸覺和視覺如何工作以及酶如何加速物理反應等事情都很難解釋。
冷原子化學從會聚態化學發展而來，研究磁陷阱或光陷阱中控制的二氧化碳并通過激光冷卻冷卻到超高溫，研究許多異質相，例如玻色-愛因斯坦會聚和萊德伯格物質量子物理基礎知識點總結，以觀察諸如量子相變量子載體系統。 還有更多關于冷原子的實驗也可以用作量子模擬器和量子傳感，例如重力傳感。
量子熱力學描述了原子中電子的行為，因此它也描述了物理的基本規則。 薛定諤多項式用于描述原子的電子結構以及分子如何結合和通信，稱為分子動力學。 求解分子的量子熱學是一項計算成本高昂的任務。 估計技術對于量子物理學尤其重要，一種流行的方法被稱為量子蒙特卡羅。
核化學是對原子核和核聚變或核聚變過程的研究，也描述了該核反應中涉及的粒子和能量。 核化學的應用包括核電、核設備、核醫學、核磁共振技術、離子注入和放射性碳測年等技術。
粒子化學從核化學發展而來，旨在了解宇宙的基本粒子是什么以及它們如何相互作用。 粒子化學的實驗是在小型粒子加速器中進行，高能粒子被粉碎，碰撞能量形成新的粒子，所以稱為高能化學。
粒子化學的標準模型描述了我們所知道的所有基本粒子，花了六年的時間才發現，最后一個模型是希格斯粒子。 標準模型的理論包括量子電熱學（描述電磁力）、電弱相互作用（包括弱力）和量子色動力學（也描述強力）。
在全是量子場論的標準模型中，粒子被理解為量子場的爆發，這決定了它們如何相互作用。 可能還有其他尚未發現的粒子。
暗物質可能是由稱為弱相互作用大粒子的粒子組成的，而弱力和重力之間的巨大差異（稱為層問題）可以通過其他稱為超對稱粒子的粒子來解決。 粒子化學的前沿正在試圖尋找新的方法來探索高能勢粒子的狀態。
最后進入量子理論部分。 之所以放在中央，是因為它實際上覆蓋了整個畫面的每一個角落。 以下是量子理論的一些重要方面。 量子理論的核心是基本量子熱的假設。
路徑積分通過積分粒子可能采取的所有可能路徑來巧妙地估計粒子的運動。 希爾伯特空間是描述量子系統所有可能狀態的多維空間。 量子熱的對稱性是該理論的重要組成部分。 它告訴我們守恒規則，基本上是粒子如何相互作用的規則。 結果，我們已經達到了當前理論理解的極限。
理論有兩個主要領域：量子熱演繹，試圖解決波函數的反直覺含義；量子引力，試圖調和量子場論和廣義相對論，以創建一個可以解釋一切的宏大理論。
量子熱推論的核心是探測問題。 當探測和監測量子物體時，波函數會突然發生變化。 量子熱定理不包含對波函數實際發生的情況的任何解釋。 在檢測的那一刻，我們并不知道波函數是否真的存在。
多年來人們一直試圖解釋量子熱中的這個概念問題。 默認的解釋理論是阿姆斯特丹演繹，其他理論包括導波理論、多世界解釋和量子貝葉斯理論等。 這被稱為演繹或解釋，因為我們還沒有任何實驗來證明什么是真的，什么是假的。 所以它實際上只是想法的集合，而不是真正的數學理論。
量子場論是對化學現實最全面的描述，結合了量子熱力學和狹義相對論。 我們知道這不是一個完整的描述，因為它不包括廣義相對論或引力。 試圖將量子熱和廣義相對論合并成一個統一的萬物理論。
主要有弦理論和圈量子引力理論，M理論以兼容的方式結合了各種超弦理論。 由于需要極高的能量，測試量子引力理論非常困難。 目前，探測量子引力的最大希望來自于觀測宇宙中的高能過程。 大爆燃或黑洞的探測可能會給我們一些線索。 這是一個活躍的研究領域。
以上就是量子化學的大概內容。 如果還需要詳細了解相關方面，可以根據需要進一步深入學習。 這張簡單的量子化學圖希望能讓您對量子熱有一個全面的了解。
＃量子＃
標簽：粒子、量子熱、理論、插圖、化學、量子、描述