量子是什麼?

文/簡麗賢 |2024.12.26
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圖/樹下繪本

文/簡麗賢

學生問我:「市面上出現量子商品名詞:量子水、量子饅頭、量子水稻、量子手環,這量子有何功效?」我答說:「就是一般商品,只是冠上量子二字,與量子的物理性質完全無關,有其名無其實。」

物質冠名 有名無實



冠上量子時髦詞彙的商品,早出現在網路廣告,但不知此商品有何功能,或許代表社會風潮對量子的迷思,一如20年前的奈米風潮,奈米水、奈米太空被、奈米能量枕頭等引用科技名詞,激發民眾的憧憬,聚焦消費者的眼光。

不過,「量子電視」與量子效應有關,量子點是具有量子效應的奈米尺寸晶體,概念涉及量子力學的能階躍遷,讓材料在奈米尺度的量子領域中獲得新生,為奈米科技增添色彩,是2023年諾貝爾化學獎主題,透過量子點發光原理,製作螢幕效果的電視,自然可稱為量子電視。

至於問候語:「你近日與女友量子糾纏嗎?感情穩定發展中?」只能視為半時髦半幽默的關心,與諾貝爾物理獎得獎主題「量子糾纏」的物理概念風馬牛不相及。量子糾纏是一種物理現象,當兩個或多個量子系統糾纏時,它們之間的狀態將保持聯繫,即使它們相距千里,此種瞬時性使量子通訊具備高速且不可破解的潛力。

臉書創辦人祖克柏在臉書貼過一張與太太念《寶寶的量子力學》幼兒書給嬰兒聽的照片,是否隱含量子時代來臨,童話故事也要變化?

量子成為近年來的網路流行語,量子科幻電影也不遑多讓,其中《蟻人與黃蜂女》以「量子領域」為故事元素,電影中有關量子的想像讓人穿梭於過去與未來之間。台灣戲劇《不夠善良的我們》在剪不亂理還亂的男女情愛中,置入量子糾纏的想像與情節;《Q18量子預測》則引入人工智慧AI與量子糾纏的概念,拍攝成8集電視科幻劇。

既然冠以量子科幻電影,照理說是以量子科學為基底的想像情景電影,然而科幻片吸引人的主因不在科學本身,而是滿足觀眾幻想。量子科幻電影採用的科學理論,並不完全依循嚴謹科學的事實,常以未來世界作為故事的敘述情境;想像在未來世界中發生,啟發觀眾想像力,期盼在現實生活中兌現,《蟻人與黃蜂女》的情節穿牆術與量子穿隧即是科幻想像力。

神奇特性 網路盛行



依據量子物理「波粒二象性」,這不可能發生,這樣的思惟已超越現在科學知識的理解,因無法在巨觀中觀測到人類身體尺寸的「物質波」。

量子是什麼?量子不是像棒球、桌球的粒子,它是用來描述電子或光子的能量特性或狀態,一個物理量如果存在最小且不可分割的基本單位,即稱為量子。電子等微觀物質有時會穿透原本理應無法穿透的障礙物,把障礙物想像成一道牆壁,電子應該像棒球一樣被牆壁反彈;可是在微觀世界,電子具有波的特性,此電子物質波可穿越牆壁障礙物,以鬼魅幽靈的電子波形式通過牆壁,這是量子論神奇的性質。

量子力學之父普朗克(Max Karl Ernst Ludwig Planck)利用能量不連續的概念,解決古典物理無法解釋的疑義,開啟近代物理學的大門;愛因斯坦將普朗克的概念加以延伸,提出「光量子」的概念。之後在微觀尺度上,「光具有粒子性,也有波動性」,科學家發現愈來愈多的物理量有量子化的現象,並引領量子力學誕生。

目前網路很夯的科技名詞量子電腦、量子通訊、量子加密究竟依循什麼概念?這些新的量子科技必須植基於量子疊加、量子糾纏與量子量測等特性,才能創造嶄新功能的量子元件,這些概念與薛丁格(Schrödinger)既是生又是死的貓,以及王陽明「你未看此花時,此花與汝心同歸於寂;你來看此花時,則此花顏色一時明白起來」的旨意相通。

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