量子效應

量子效應是在超低溫等某些特殊條件下，由大量粒子組成的巨觀系統呈現出的整體量子現象。而量子系統即是其中微觀粒子呈現出波動性的系統。表現出顯著量子效應的量子系統稱為是簡併（退化）的系統，相應的特徵溫度稱為簡併溫度（退化溫度）。

基本介紹

• 中文名：量子效應
• 外文名：Quantum benefit

理論簡介

根據量子理論的波粒二象性學說，微觀實物粒子會像光波水波一樣，具有干涉、衍射等波動特徵，形成物質波（或稱德布羅意波）。但日常所見的巨觀物體，雖然是由服從這種量子力學規律的微觀粒子組成，但由於其空間尺度遠遠大於這些微觀粒子的德布羅意波長，微觀粒子量子特性由於統計平均的結果而被掩蓋了。因此，在通常的條件下，巨觀物體整體上並不出現量子效應。然而，在溫度降低或粒子密度變大等特殊條件下，巨觀物體的個體組分會相干地結合起來，通過長程關聯或重組進入能量較低的量子態，形成一個有機的整體，使得整個系統表現出奇特的量子性質。例如，原子氣體的玻色-愛因斯坦凝聚、超流性、超導電性和約瑟夫遜效應等都是巨觀量子效應。

套用實例

微觀粒子呈現出波動性，即粒子的“軌道”已經失去了意義——軌道發生了彌散（模糊）；當彌散的軌道在空間發生一定的重疊時，各個粒子的幾率分布也有一定的關聯——量子關聯。因此可以認為產生量子效應的條件是：

①粒子的de Broglie波長>>粒子的平均間距時，系統即為量子系統。根據de Broglie波長 l = h /(2mE) 關係，知道：粒子的質量越小、能量越低、分布密度越大的系統，越容易呈現出量子效應。

②量子關聯長度>粒子的平均間距時，系統即為量子系統。這時粒子的位置x與動量p不能同時確定，位置的不確定度Δx即可認為是量子關聯長度；溫度T是影響動量不確定度Δp 的一個因素：由自由粒子的平動動能 p/2m = 3kT/2，得動量不確定度Δp ≈ (3mkT),則位置的不確定度（量子關聯長度）Δx ≈ h /(3mkT) 。從而見到：溫度越低、粒子質量越小、粒子分布密度越大的系統，越容易呈現出量子效應。量子系統的能量是不連續（量子化）的。