量子物理學(xué)和量子技術(shù)(將量子物理學(xué)應(yīng)用于技術(shù)形式)可能看起來很可怕或陌生,但兩者都是我們?nèi)粘I畹囊徊糠?。?導(dǎo)航到燈泡,量子物理學(xué)推動了我們認(rèn)為理所當(dāng)然的許多技術(shù)。您無需成為量子物理學(xué)專家即可了解這項技術(shù)的工作原理。普通大眾永遠不會懷疑這些設(shè)備使用了量子技術(shù),但如果沒有她,她們將不復(fù)存在。許多這些設(shè)備是在我們的量子物理學(xué)知識成熟到足以更好地理解這些設(shè)備之前開發(fā)的。然而,她們的量子特性今天仍在研究中。
LED:
LED燈,也被稱為發(fā)光二極管,幾乎每個家庭都在使用,因為她們比其他燈泡更節(jié)能、更亮。LED 讓我們的生活更加明亮多彩。從 LED 壁紙等有?趣的設(shè)計到鐘面,LED 已融入我們的日常生活。LED 的工作原理是使用半導(dǎo)體,半導(dǎo)體是一種在銅線等良導(dǎo)體和玻璃等絕緣體之間導(dǎo)電的材料。 這些半導(dǎo)體設(shè)計有孔。當(dāng)電子通過電流穿過電子空穴時,她們會通過光子或光粒子釋放能量。這種光的顏色由半導(dǎo)體內(nèi)孔的大小決定。只有部分 LED 使用了量子技術(shù)。LED 中的量子技術(shù)在電子釋放光子時起作用,她們的量子態(tài)會降低。這使得 LED 整體更節(jié)能。
LED 不僅用于家庭照明,還用于數(shù)據(jù)通信,例如用于聽音系統(tǒng)。LED 還用于通過光纖電纜發(fā)送數(shù)據(jù)。LED 甚至被用于檢測生命。的外國陸軍研究實驗室(ARL)與使用LED在紫外光譜中,以誘導(dǎo)在不同生物體中,如藻類熒光試驗。 甚至還有LED 紋身!當(dāng) LED 將紋身墨水注入身體時,這些紋身就會起作用。然后這些紋身可以亮起來。有幾家醫(yī)療公司正在研究這些紋身的醫(yī)療應(yīng)用,包括血糖檢測儀,或協(xié)助其他監(jiān)測。FDA 尚未批準(zhǔn)這些設(shè)備。
LED 的未來看起來很有趣,因為一些公司正在開發(fā)可以檢測和吸收光的 LED。這些被稱為“納米棒”;”并使用量子傳感器來觀察和檢測光。只有時間會證明 LED 技術(shù)將變得多么先進。
激光
與 LED 一樣,LASER也利用了量子物理學(xué)的特性,并且還有一個充滿行話的縮寫(Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation)。根據(jù)福布斯雜志的一篇文章,當(dāng)具有高能級的原子與具有精確波長的光子相互作用時,激光就會工作,然后使原子發(fā)射與第一個光子完全相同的第二個光子。在這里,原子的量子態(tài)隨著她們發(fā)射光子而降低。這個過程繼續(xù),產(chǎn)生激光。雖然激光在演講廳或娛樂貓中很常見,但激光還有許多其他應(yīng)用。從軍用武器或槍支瞄準(zhǔn)具到顯微鏡,激光無處不在。無論您是掃描雜貨、在項圈上雕刻寵物標(biāo)簽、玩激光標(biāo)簽,還是用激光場搶劫銀行金庫,所有這些都涉及激光。研究甚至表明,科學(xué)家可能會使用高功率激光來誘發(fā)降雨和閃電風(fēng)暴。如果可能的話,
全球定位系統(tǒng)
如果沒有GPS,我們會在哪里?我們認(rèn)為理所當(dāng)然的最大設(shè)備之一使我們能夠輕松高效地旅行。GPS 還以原子鐘的形式使用量子技術(shù)。原子鐘通過量子物理學(xué)的特性工作。使用銫或銣原子,這些時鐘“滴答作響”,因為特定微波的振蕩會驅(qū)動這些原子的兩個量子態(tài)之間的躍遷。因此,這些原子鐘非常精確。根據(jù)史密森尼雜志 位于科羅拉多州博爾德市的外國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所 (NIST) 的原子鐘每 37 億年僅增加或減少一秒。GPS 的工作原理是使用來自多個原子鐘的信號,查看來自不同衛(wèi)星的不同到達時間,然后從原子鐘和衛(wèi)星獲取數(shù)據(jù)以確定您的距離和目的地有多遠。每次您需要導(dǎo)航時,GPS 都會使用光速將原子鐘給出的時間轉(zhuǎn)換為距離,從而為您提供準(zhǔn)確的地圖。
核磁共振:
MRI(代表 Magnetic Resonance Imaging)是一種眾所周知的對醫(yī)生和其他專業(yè)人員進行人體成像的方法。MRI 機器使用量子技術(shù)對軟組織和身體其他部位進行成像,這些部位可能無法在 X 射線中很好地顯示出來。MRI 機器通過使用氫原子工作。像所有原子一樣,氫原子的原子核在自旋上具有特定的排列。MRI 機器使用精心布置的磁場翻轉(zhuǎn)這些氫原子的自旋。這些自旋翻轉(zhuǎn)是氫原子量子態(tài)的一部分,可以在量子水平上改變這些原子之間的相互作用。使用這些翻轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn),醫(yī)生可以查看體內(nèi)不同濃度的氫,看到 X 射線上看不到的東西。
雖然所有這些設(shè)備 看起來都很普通,但如果沒有量子物理學(xué),她們就無法工作。看看量子物理學(xué)和量子技術(shù)如何出現(xiàn)在我們的日常生活中,就說明了她們的重要性。隨著量子技術(shù)領(lǐng)域的進步,其對流行文化的影響將繼續(xù)增加。隨著這些進步,誰知道我們接下來將在日常生活中使用哪些新設(shè)備。