描述微觀世界的量子理論,於物理學有舉足輕重的地位,量子材料專家、香港科技大學物理系講座教授羅錦團為記者娓娓道出有關發展歷程。
他笑說,物理學有趣與令人讚嘆的地方,在於儘管宇宙萬象極其複雜,卻能以簡潔的數學語言去描述和理解世界:早在十七世紀,牛頓提出三大定律,以F = ma等簡單公式,精準詮釋日常物體的運動規律;十九世紀電磁學的誕生引發電力革命;十九世紀末在愛迪生等人推動下,電力走進千家萬戶,徹底改變人類生活;二十世紀初,愛因斯坦提出相對論,再次實現物理學躍進。建基於此,各種前沿科技亦得以持續發展。
羅錦團提到,在十九世紀時,曾有觀點以為,人類對宇宙與物理的理解已近乎完備,僅餘少數未解之謎,但科學家始終堅持探究:「他們好奇原子為何能保持穩定?原子的結構是什麼?原子與我們熟知的力學和電磁學之間有何關聯?」正是這些提問,使人們發現經典物理理論無法解釋微觀現象,而在原子尺度上存在全新的規律——這便是後來誕生的量子力學。
從解釋鑽石鉛筆 到掌握材料特性
原子與日常生活有何關聯?羅錦團表示,唯有理解原子,才能掌握材料的本質。他舉例說:「為什麼鑽石是透明的,而同由碳原子組成的鉛筆芯卻不透明?它們的性質為何截然不同?為什麼矽是半導體的主要原料?為何有些物質是導體,有些卻是絕緣體?」這些都是經典力學無法解釋,卻能透過量子理論逐一破解。
羅錦團說,量子力學是因科學家好奇心誕生,推動人類發現更深層的世界規律——從理解量子,到掌握材料特性,再到創造可實際應用的科研成果,築起了量子科技過去百年的進步與根基。
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