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相對論和量子力學是如何改變我們的生活的呢?

2015-06-13科學

大規模普遍的套用,就說說電腦好了。

CPU的邏輯單元CMOS中的核心部件——場效應晶體管,背後是固體物理能帶理論,是量子力學在固體中的套用。

積體電路的生產要用到光刻機,被譽為光學工業之花,其光源是深紫外雷射。雷射也是量子力學最廣泛的套用之一。雷射印表機、超市條形碼,算普遍了吧。

機械硬碟的原理是巨磁電阻效應,本質是電子自旋相關的量子現象,歷史上機械硬碟的發明也完全是量子物理相關研究的副產品。此效應也用於汽車車速表、數控機床轉速傳感器。順便醫院裏的核磁共振也基於自旋這個量子效應,不過是電子自旋變成了核自旋。

固態硬碟的設計原理是量子穿隧。

從CD,DVD,到現在的BD都是雷射讀取。BD裏的B(Blue)就是藍色雷射的意思,波長短對應著高儲存密度。

液晶顯示器的光源白光LED,其實是一種寬禁帶半導體,也是固體物理的產物。

滑鼠裏也用到LED。

筆記本上的網路攝影機,裏面是CCD,用到的是光電效應和能帶理論。(更正:筆記本上的網路攝影機也是CMOS,效能比CCD略差但成本更低,用到的物理原理是一樣的)

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忘了說相對論的套用。其實相對論比量子力學離日常生活要遠很多,因為需要高速、高能才有顯著的相對論效應,消費級的套用很少。

航天領域,主要是衛星鐘的校準,這個對於GPS的系統誤差的排除尤其重要(當然為了保證高精度的授時GPS衛星上搭載的是原子鐘,這個也是量子力學的套用)。

核武器和核電廠的底層設計,質能方程式大家都懂的,還有具體計算臨界品質、選擇中子慢化劑之類都要考慮狹義相對論。

粒子加速器,除了基礎科學的需要以外,很重要的衍生套用是同步放射線光源,這個對生物、化學、物理、材料、醫學都提供了很多支持。雖然離日常生活還遠,也算是跨行業的套用了。