互动科普

处理微观世界的量子论是“所有科学的基础”

诞生于20世纪初的量子论是物理学中的重要理论。简单地说，它是研究原子、电子等微观世界的物理规律的理论。它与著名的爱因斯坦相对论并列，是现代物理学的两大基础理论之一。

可能有人认为微观世界和我们的日常生活没有什么关系，实际上并非如此。自然界是由大量的原子等微观粒子集合而成的，因此，认为“量子论作为自然界全体的最为根本的法则”也并不为过。

实际上，量子论的“适用范围”可不止是微观世界。比如说在计算机和手机等产品中不可或缺的“半导体”器件就得益于量子论。现在的各种家用电器中都植入了半导体芯片。如果没有量子论，也就没有今天的半导体工业，所以现代社会确实是构建在量子论的基础上的。

连化学、生物学也在量子论的范畴之内

要想理解化学反应的原理，量子论也是必不可少的。“量子化学”是应用于化学领域的量子论，它在药品开发领域正起着重要的作用。根据量子论的计算，就能知道各种不同的分子的性质如何以及可能发生的化学反应。

在制药、纤维、化妆品等涉及到各种分子的化工产业中，量子化学的方法得到了广泛应用，对于新材料研发，研究它们的性质要花费非常多的时间和成本。通过量子化学的计算来预言分子的性质，不仅可以节约大量的能量，也可能设计出更为优越的材料。

截止到目前，要在分子水平上理解生命的构成，量子论也是必不可少的。在这个领域的量子论的应用就是“量子生物学”，期待它将会有更近一步的发展。

量子论的适用范围非常广

如图中所示，量子论的“适用范围”很广。量子论起源于人们对“原子的结构究竟是如何的”这样一类问题的追问，之后作为理论基础被广泛地应用到以计算机为代表的半导体产业（凝聚态物理学）中。在化学领域，它被用于研究各种分子的性质，而在生命之谜的探寻中，它也是不可或缺的理论。

（本文发表于《科学世界》2013年第9期）