3小時輸出27個知識點！張朝陽跨年演講硬核解析生活中的量子力學

12月31日晚上10點，搜狐創(chuàng)始人、董事局主席兼首席執(zhí)行官、物理學博士張朝陽準時開啟2025跨年演講。他以普通人一天的經(jīng)歷生動演繹了量子力學在生活和現(xiàn)代技術中的廣泛應用，連續(xù)3小時直播分享了現(xiàn)代物理學的支柱之一——量子力學，帶來一場別樣的科學跨年夜。本次活動在搜狐視頻全程直播。

從普通人經(jīng)歷“量子力學”的一天，講到1990年“旅行者號”拍攝的著名“地球藍點”照片，在張朝陽看來，理解了量子力學，就理解了物質(zhì)的構(gòu)成，也能夠看到我們在宇宙中的渺小。他感慨道，“我們要對人類的智慧感到驕傲，使我們擁有了智慧，擁有了思考能力，知道世界是如此的情況。”

從清晨到夜晚 普通人被量子力學“支配”的一天

去年首場跨年演講中，張朝陽曾推導了被譽為“二十世紀最偉大的理論”——廣義相對論。延續(xù)前一年的傳統(tǒng)，本次演講聚焦現(xiàn)代物理學的另一大支柱——量子力學。張朝陽以“生活在量子力學的世界里”為主題，結(jié)合普通人從早到晚的日常生活，展示了量子力學如何悄無聲息地滲透到我們周圍的每個細節(jié)。近三個小時的演講，張朝陽分享了原子的核外電子排布、躍遷發(fā)光、量子隧穿等27個物理知識點，帶領大家走進了一個無處不在、卻神秘莫測的微觀世界。

“每天睜開眼，第一縷陽光來自太陽表面的黑體輻射。”張朝陽從起床睜眼開始，介紹了太陽的量子特性。他利用維恩公式，解釋了太陽輻射能量最強部分正好落在我們眼睛能夠感知的頻率范圍內(nèi)，這也決定了人眼的視力極限。他舉例說，起床后的第一件事可能是刷牙，而電動牙刷的刷毛由高分子材料構(gòu)成，動力來源于鋰電池，鋰的最外層電子只有一個，這使它能夠輕松釋放電子，形成鋰離子在電池中高效地傳遞能量，進而為各種電器提供動力。走出家門，路燈依舊明亮，張朝陽指出，鈉燈的橘黃色光正是鈉的電子在3s和3p能級間躍遷的結(jié)果。來到早餐店，面包的材料、咖啡豆和蔬菜的成長都離不開光合作用，這也是量子的過程。

事實上，量子力學早已滲透到我們生活的方方面面。走進辦公室，空調(diào)中的工質(zhì)通過氫鍵的反復斷裂和重建調(diào)節(jié)溫度；電腦處理器內(nèi)上億個晶體管和顯示屏中的LED燈板，都是量子力學能帶理論的直接產(chǎn)物。甚至人們每一句話的傳播速度，都受到了量子力學能量分立的影響；而每個思維的跳躍，都伴隨著成千上萬的鈣離子通過復雜的生化反應進入神經(jīng)元。

傍晚走在大街上，感受氬氣等惰性氣體被電流點亮后形成的五彩霓虹燈光。而正在小酌的人會注意到紅酒的“掛壁”現(xiàn)象，這正是由于水分子通過氫鍵形成較強的表面張力所致。水中氫鍵的強度還限定了地球上樹木的高度——在蒸騰作用下，氫鍵形成的“鎖鏈”有助于抗衡引力，將水從根部輸送到樹冠。此時，遠方的天空中，電磁擾動下的氮氣和氧氣閃爍著紅綠色光與藍色光，這就是極光。

張朝陽解釋道，極光的產(chǎn)生源自地磁場對太陽風的屏蔽作用。一般磁場的形成與電流的運動密切相關，而鐵磁性的形成是深刻的量子力學現(xiàn)象。大量鐵原子聚集形成磁疇，一致排列的磁疇產(chǎn)生了宏觀的磁場。張朝陽提到，核磁共振（MRI）技術則是我們?nèi)粘Ｉ钪信c強磁場接觸的一個典型例子。核磁共振利用超導線圈產(chǎn)生比地磁場強三萬倍的磁場，通過分析氫核自旋變化進行成像，是目前最先進的醫(yī)學成像技術之一。

晚上回到家中，張朝陽還給出了一些生活實用小建議。他建議晚上及時清洗衣物并保持開窗通風，以避免油點和污漬通過擴散效應滲入衣物中，留下難以去除的痕跡。保持開窗通風則能降低室內(nèi)氡氣的濃度，這種放射性氣體長期積聚會對健康造成影響。特別是，氡氣在量子隧穿效應的幫助下輻射出α粒子，進入人體內(nèi)將增加患肺癌的風險。

理解量子力學就理解了世界 相比宇宙人類微不足道

在更廣闊的宇宙背景下，張朝陽提到，量子力學正在幫助我們破解宇宙的奧秘。通過光譜分析，科學家可以識別不同星體的元素，甚至通過譜線的紅移計算星體的遠離速度。從而揭示了宇宙正在膨脹。量子力學帶來的定量方法，是人類探索宇宙的關鍵工具。

同時，恒星的演化也離不開量子力學。借助理論計算，我們甚至不止知道太陽已經(jīng)活了四五十億年，我們也知道太陽將會繼續(xù)再活四五十億年。甚至于知道恒星的末期，它們正借助量子力學中的費米子簡并壓“拼死一搏”。當簡并壓與引力能夠?qū)崿F(xiàn)平衡時，恒星將形成相對穩(wěn)定的白矮星和中子星。否則，它將歷經(jīng)爆炸，或者燃燒殆盡，或者形成黑洞殘留在宇宙間。

演講中，張朝陽還講述了NASA發(fā)射的“旅行者號”如何借助量子技術探測宇宙。自1977年起，這兩艘宇宙飛船就向宇宙深處進發(fā)，至今已經(jīng)飛出了太陽系，在一定的減速后繼續(xù)以每秒17公里的速度向半人馬座航行。它們的能源來源于量子力學，利用钚核衰變的射線加熱金屬并轉(zhuǎn)化為電能，推動飛船繼續(xù)前進。1990年，旅行者號回望地球拍下了著名的“地球藍點”照片，展現(xiàn)了地球在浩瀚宇宙中的渺小。

“宇宙之大，地球只是一個小點，而地球上的蕓蕓眾生是宇宙小點里更小的點。”張朝陽感慨，“宇宙如此廣闊，地球真的是微不足道。應心存敬畏，不要把每個人每天碰到什么事情當回事，因為人生就那么一瞬間就過去了。”按設計壽命，2025年旅行者號將會耗盡最后一點能量，從此中斷與人類聯(lián)系。也許數(shù)萬年之后，當?shù)厍蛳У臅r候，而旅行者號可能會碰到其他星系生物，成為人類智慧文明存在的唯一證明。

正是量子力學，讓世界萬物以特定的結(jié)構(gòu)和規(guī)律存在，塑造了這個世界周圍的一切，從水、空氣，到人類自己。沒有量子力學，世界將是無序的灰燼。張朝陽稱，“我們要為我們?nèi)祟惖膫ゴ蠖械津湴粒驗榻?jīng)過幾千萬年的進化、兩百萬年的演變以及一萬年的農(nóng)業(yè)文明，我們大腦超常發(fā)展，使我們擁有了智慧，擁有了思考能力，我們理解了量子力學，我們理解了天下，知道世界是如此的情況。”

演講期間當跨年鐘聲敲響之際，張朝陽為大家送上新年寄語，他建議大家學點心理學能自我調(diào)節(jié)保持好心情，要每天運動、多吃蔬菜水果；同時要折騰做事情，尋找各種機會；管好現(xiàn)金流、不要負債。“希望大家在2025年都能夠有所斬獲、有所進步，能夠很寬裕地、有成就地、有意義地度過。”

化學鍵是構(gòu)成物質(zhì)世界的基礎科技將推動人類一往無前

為了深入理解多彩的世界，理解為何“如果沒有量子力學，世界將是一堆灰”。鐘聲響起后，張朝陽繼續(xù)分享深究組織結(jié)構(gòu)的基礎——化學鍵的成因。在演講后半程，他用近1小時簡要推導了化學鍵的成因，用寫滿五個黑板的數(shù)理公式硬核解析物質(zhì)的基本構(gòu)成方式。

要從量子力學的角度理解化學鍵的成因，首先要掌握玻恩-奧本海默近似。在氫離子分子中，兩個原子核的運動與核外電子的運動有明顯的差異。玻恩-奧本海默近似通過假定原子核在系統(tǒng)中的位置近似不變，將問題分成兩步：第一步求解核外電子的波函數(shù)，再利用電子的性質(zhì)求得關于兩個原子核的有效勢能再求解。

利用變分法求得核外電子的波函數(shù)后，不難發(fā)現(xiàn)核外電子在系統(tǒng)中主要起到“粘合劑”的作用。張朝陽形象地用一個家庭故事來比喻這一過程。他解釋道，兩個原子核擁有相同的電荷，彼此間存在庫倫排斥力，仿佛是一對正處于對抗中的父母。然而，這個家庭中的孩子（電子）則起到了橋梁作用，緊密地將父母聯(lián)系在一起，確保了家庭的穩(wěn)定，也就是分子結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。

通過精妙的數(shù)學運算，張朝陽進一步解釋，最終得到的有效勢能與兩個原子核的間距相關。這個勢能曲線有一個最低點，意味著當原子間的距離達到某個臨界值時，化學鍵就會形成。正是有了化學鍵，我們才得以擁有氧氣、水以及其他無數(shù)的物質(zhì)形式。“我們生活的世界，不再是金木水火土，而是元素、分子、金屬、蛋白質(zhì)、DNA，甚至是我們的大腦結(jié)構(gòu)。所有這一切，都是量子力學的結(jié)果。”張朝陽總結(jié)。

在演講的互動環(huán)節(jié)，張朝陽還與現(xiàn)場聽眾探討了當前科技領域的熱點問題，包括AI大模型、量子計算、生命科學以及室溫超導等。他表示，在量子力學和材料科學的前沿領域，新的一年有望迎來更多突破，這將為人類社會帶來深遠的變革。

此外，針對網(wǎng)絡上關于量子力學的“文化炒作”現(xiàn)象，張朝陽希望今天的演講能給它迎頭痛擊。他強調(diào)，量子力學不僅是抽象的理論，而是通過嚴密的計算和實驗驗證的一套科學方法。“量子力學是物理學的一個重要分支，它解釋了微觀世界的規(guī)律，所有的物質(zhì)構(gòu)成都遵循這一基本規(guī)則。”