3小时输出27个知识点！张朝阳跨年演讲硬核解析生活中的量子力学

允中
2025-01-13
12:07:23

来源：量子位

“在2025年的前一个小时，我们还在计算，看来2025年是动脑子的一年。”

2024年12月31日晚上10点，搜狐创始人、董事局主席兼首席执行官、物理学博士张朝阳准时开启2025跨年演讲。

这一次，他以普通人一天的经历生动演绎了量子力学在生活和现代技术中的广泛应用，连续3小时直播分享了现代物理学的支柱之一——量子力学，带来一场别样的科学跨年夜。本次活动在搜狐视频全程直播。

从普通人经历“量子力学”的一天，讲到1990年“旅行者号”拍摄的著名“地球蓝点”照片，在张朝阳看来，理解了量子力学，就理解了物质的构成，也能够看到我们在宇宙中的渺小。

他感慨道，“我们要对人类的智慧感到骄傲，使我们拥有了智慧，拥有了思考能力，知道世界是如此的情况。”

从清晨到夜晚，普通人被量子力学“支配”的一天

去年首场跨年演讲中，张朝阳曾推导了被誉为“二十世纪最伟大的理论”——广义相对论。

延续前一年的传统，本次演讲聚焦现代物理学的另一大支柱——量子力学。张朝阳以“生活在量子力学的世界里”为主题，结合普通人从早到晚的日常生活，展示了量子力学如何悄无声息地渗透到我们周围的每个细节。

近三个小时的演讲，张朝阳分享了原子的核外电子排布、跃迁发光、量子隧穿等27个物理知识点，带领大家走进了一个无处不在、却神秘莫测的微观世界。

“每天睁开眼，第一缕阳光来自太阳表面的黑体辐射。”张朝阳从起床睁眼开始，介绍了太阳的量子特性。

他利用维恩公式，解释了太阳辐射能量最强部分正好落在我们眼睛能够感知的频率范围内，这也决定了人眼的视力极限。

他举例说，起床后的第一件事可能是刷牙，而电动牙刷的刷毛由高分子材料构成，动力来源于锂电池，锂的最外层电子只有一个，这使它能够轻松释放电子，形成锂离子在电池中高效地传递能量，进而为各种电器提供动力。

走出家门，路灯依旧明亮，张朝阳指出，钠灯的橘黄色光正是钠的电子在3s和3p能级间跃迁的结果。

来到早餐店，面包的材料、咖啡豆和蔬菜的成长都离不开光合作用，这也是量子的过程。

事实上，量子力学早已渗透到我们生活的方方面面。走进办公室，空调中的工质通过氢键的反复断裂和重建调节温度；电脑处理器内上亿个晶体管和显示屏中的LED灯板，都是量子力学能带理论的直接产物。甚至人们每一句话的传播速度，都受到了量子力学能量分立的影响；而每个思维的跳跃，都伴随着成千上万的钙离子通过复杂的生化反应进入神经元。

傍晚走在大街上，感受氩气等惰性气体被电流点亮后形成的五彩霓虹灯光。而正在小酌的人会注意到红酒的“挂壁”现象，这正是由于水分子通过氢键形成较强的表面张力所致。水中氢键的强度还限定了地球上树木的高度——在蒸腾作用下，氢键形成的“锁链”有助于抗衡引力，将水从根部输送到树冠。此时，远方的天空中，电磁扰动下的氮气和氧气闪烁着红绿色光与蓝色光，这就是极光。

张朝阳解释道，极光的产生源自地磁场对太阳风的屏蔽作用。一般磁场的形成与电流的运动密切相关，而铁磁性的形成是深刻的量子力学现象。大量铁原子聚集形成磁畴，一致排列的磁畴产生了宏观的磁场。张朝阳提到，核磁共振（MRI）技术则是我们日常生活中与强磁场接触的一个典型例子。核磁共振利用超导线圈产生比地磁场强三万倍的磁场，通过分析氢核自旋变化进行成像，是目前最先进的医学成像技术之一。

晚上回到家中，张朝阳还给出了一些生活实用小建议。他建议晚上及时清洗衣物并保持开窗通风，以避免油点和污渍通过扩散效应渗入衣物中，留下难以去除的痕迹。保持开窗通风则能降低室内氡气的浓度，这种放射性气体长期积聚会对健康造成影响。特别是，氡气在量子隧穿效应的帮助下辐射出α粒子，进入人体内将增加患肺癌的风险。

“理解量子力学就理解了世界，相比宇宙人类微不足道”

在更广阔的宇宙背景下，张朝阳提到，量子力学正在帮助我们破解宇宙的奥秘。通过光谱分析，科学家可以识别不同星体的元素，甚至通过谱线的红移计算星体的远离速度。从而揭示了宇宙正在膨胀。量子力学带来的定量方法，是人类探索宇宙的关键工具。

同时，恒星的演化也离不开量子力学。借助理论计算，我们甚至不止知道太阳已经活了四五十亿年，我们也知道太阳将会继续再活四五十亿年。甚至于知道恒星的末期，它们正借助量子力学中的费米子简并压“拼死一搏”。当简并压与引力能够实现平衡时，恒星将形成相对稳定的白矮星和中子星。否则，它将历经爆炸，或者燃烧殆尽，或者形成黑洞残留在宇宙间。

演讲中，张朝阳还讲述了NASA发射的“旅行者号”如何借助量子技术探测宇宙。自1977年起，这两艘宇宙飞船就向宇宙深处进发，至今已经飞出了太阳系，在一定的减速后继续以每秒17公里的速度向半人马座航行。它们的能源来源于量子力学，利用钚核衰变的射线加热金属并转化为电能，推动飞船继续前进。1990年，旅行者号回望地球拍下了著名的“地球蓝点”照片，展现了地球在浩瀚宇宙中的渺小。

“宇宙之大，地球只是一个小点，而地球上的芸芸众生是宇宙小点里更小的点。”张朝阳感慨，“宇宙如此广阔，地球真的是微不足道。应心存敬畏，不要把每个人每天碰到什么事情当回事，因为人生就那么一瞬间就过去了。”按设计寿命，2025年旅行者号将会耗尽最后一点能量，从此中断与人类联系。也许数万年之后，当地球消失的时候，而旅行者号可能会碰到其他星系生物，成为人类智慧文明存在的唯一证明。

正是量子力学，让世界万物以特定的结构和规律存在，塑造了这个世界周围的一切，从水、空气，到人类自己。没有量子力学，世界将是无序的灰烬。张朝阳称，“我们要为我们人类的伟大而感到骄傲，因为经过几千万年的进化、两百万年的演变以及一万年的农业文明，我们大脑超常发展，使我们拥有了智慧，拥有了思考能力，我们理解了量子力学，我们理解了天下，知道世界是如此的情况。”

演讲期间当跨年钟声敲响之际，张朝阳为大家送上新年寄语，他建议大家学点心理学能自我调节保持好心情，要每天运动、多吃蔬菜水果；同时要折腾做事情，寻找各种机会；管好现金流、不要负债。

“希望大家在2025年都能够有所斩获、有所进步，能够很宽裕地、有成就地、有意义地度过。”

“化学键是构成物质世界的基础，科技将推动人类一往无前”

为了深入理解多彩的世界，理解为何“如果没有量子力学，世界将是一堆灰”。钟声响起后，张朝阳继续分享深究组织结构的基础——化学键的成因。

在演讲后半程，他用近1小时简要推导了化学键的成因，用写满五个黑板的数理公式硬核解析物质的基本构成方式。

要从量子力学的角度理解化学键的成因，首先要掌握玻恩-奥本海默近似。在氢离子分子中，两个原子核的运动与核外电子的运动有明显的差异。玻恩-奥本海默近似通过假定原子核在系统中的位置近似不变，将问题分成两步：第一步求解核外电子的波函数，再利用电子的性质求得关于两个原子核的有效势能再求解。

利用变分法求得核外电子的波函数后，不难发现核外电子在系统中主要起到“粘合剂”的作用。张朝阳形象地用一个家庭故事来比喻这一过程。他解释道，两个原子核拥有相同的电荷，彼此间存在库伦排斥力，仿佛是一对正处于对抗中的父母。然而，这个家庭中的孩子（电子）则起到了桥梁作用，紧密地将父母联系在一起，确保了家庭的稳定，也就是分子结构的稳定。

通过精妙的数学运算，张朝阳进一步解释，最终得到的有效势能与两个原子核的间距相关。这个势能曲线有一个最低点，意味着当原子间的距离达到某个临界值时，化学键就会形成。正是有了化学键，我们才得以拥有氧气、水以及其他无数的物质形式。“我们生活的世界，不再是金木水火土，而是元素、分子、金属、蛋白质、DNA，甚至是我们的大脑结构。所有这一切，都是量子力学的结果。”张朝阳总结。

在演讲的互动环节，张朝阳还与现场听众探讨了当前科技领域的热点问题，包括AI大模型、量子计算、生命科学以及室温超导等。他表示，在量子力学和材料科学的前沿领域，新的一年有望迎来更多突破，这将为人类社会带来深远的变革。

此外，针对网络上关于量子力学的“文化炒作”现象，张朝阳希望今天的演讲能给它迎头痛击。他强调，量子力学不仅是抽象的理论，而是通过严密的计算和实验验证的一套科学方法。

“量子力学是物理学的一个重要分支，它解释了微观世界的规律，所有的物质构成都遵循这一基本规则。”

转载自 搜狐

— 完 —

Read More