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相对论和量子力学是如何改变我们的生活的呢?

2015-06-13科学

大规模普遍的应用,就说说计算机好了。

CPU的逻辑单元CMOS中的核心部件——场效应晶体管,背后是固体物理能带理论,是量子力学在固体中的应用。

集成电路的生产要用到光刻机,被誉为光学工业之花,其光源是深紫外激光。激光也是量子力学最广泛的应用之一。激光打印机、超市条形码,算普遍了吧。

机械硬盘的原理是巨磁电阻效应,本质是电子自旋相关的量子现象,历史上机械硬盘的发明也完全是量子物理相关研究的副产品。此效应也用于汽车车速表、数控机床转速传感器。顺便医院里的核磁共振也基于自旋这个量子效应,不过是电子自旋变成了核自旋。

固态硬盘的设计原理是量子隧穿。

从CD,DVD,到现在的BD都是激光读取。BD里的B(Blue)就是蓝色激光的意思,波长短对应着高存储密度。

液晶显示屏的光源白光LED,其实是一种宽禁带半导体,也是固体物理的产物。

鼠标里也用到LED。

笔记本上的摄像头,里面是CCD,用到的是光电效应和能带理论。(更正:笔记本上的摄像头也是CMOS,性能比CCD略差但成本更低,用到的物理原理是一样的)

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忘了说相对论的应用。其实相对论比量子力学离日常生活要远很多,因为需要高速、高能才有显著的相对论效应,消费级的应用很少。

航天领域,主要是卫星钟的校准,这个对于GPS的系统误差的排除尤其重要(当然为了保证高精度的授时GPS卫星上搭载的是原子钟,这个也是量子力学的应用)。

核武器和核电站的底层设计,质能方程大家都懂的,还有具体计算临界质量、选择中子慢化剂之类都要考虑狭义相对论。

粒子加速器,除了基础科学的需要以外,很重要的衍生应用是同步辐射光源,这个对生物、化学、物理、材料、医学都提供了很多支持。虽然离日常生活还远,也算是跨行业的应用了。