【專欄】量子力學是現代科技的基礎

媒體報導，元智大學日前舉辦宣傳記者會，多名學者提到，未來想進入AI科技業的學子，無論電機或資工領域，修習量子力學已不可免，例如台積電與各校合作的半導體學程，就非常重視固態物理與量子概念。https://www.cna.com.tw/news/ahel/202407300134.aspx
量子力學（Quantum mechanics）是物理學的分支學科，它描述原子尺度以下的粒子的運動， 是所有量子物理學科的基礎，包含宇宙學、量子化學、量子光學、量子計算、固態物理學與量子場論等。https://youtu.be/5tZmmrflnw4?si=BKSZmUKXrslc5yFT
量子力學理論的興起，原本是為了解釋與古典物理學不相符的觀測結果，例如德國普朗克在1900年假設能量子以解釋黑體輻射的奇特現象，而愛因斯坦在1905年發表的相對論中，提出光量子理論以解釋光電效應，他也是第一位提出「量子力學」這個名詞的物理學者。https://youtu.be/HtKmE_ut_1w?si=a9S_T4vV3SMWFJcb
之後由丹麥波耳、奧地利薛丁格、德國海森堡、玻恩與英國保羅·狄拉克等人，在1920年代中期全面發展新的量子力學。其中法國物理學家德布羅意於1924年提出的物質波是關鍵。https://zh.m.wikipedia.org/zh-tw/%E5%B0%BC%E5%B0%94%E6%96%AF%C2%B7%E7%8E%BB%E5%B0%94
物質波（Matter waves）是量子力學理論的中心部分，該理論指出所有物質都表現出波動性，粒子越小的波動性越明顯，例如電子束可以像光或水波一樣發生干涉與繞射，但一般質量很大的物體如棒球，運動時的波長太短，其物質波無法對日常活動產生實際影響。https://zh.m.wikipedia.org/zh-tw/%E7%89%A9%E8%B3%AA%E6%B3%A2
目前描述粒子運動的主要方程式有薛丁格的微分方程式，其解是稱為波函數的數學實體，它以機率幅的形式提供有關粒子的能量、動量與位置等有用資訊，波函數平方代表機率。https://www.wikiwand.com/zh-tw/%E8%96%9B%E5%AE%9A%E8%AB%A4%E6%96%B9%E7%A8%8B%E5%BC%8F
簡單說，量子力學是一個能用來解釋微觀世界的理論，粒子具有波動性，薛丁格方程式（Schrödinger Equation）是主要數學工具，能夠預測極其微小粒子何時出現在何處的機率，如電子、質子等極微小物體。而古典力學只能用來解釋巨觀世界的理論，粒子就是粒子，用牛頓定律就能夠精確描述日常生活所見的物體運動，如飛機、飛彈等巨大物體等。
AI 包括電腦科學、資料分析與統計資料、硬體與軟體工程、語言學、神經科學，甚至是哲學和心理學，它是一組採用機器深度學習的技術，而電腦是由許多微晶片組成，它們之間如何運作，需量子力學知識。
至於宇宙大爆炸如何發生、星系與恆星如何形成與演化，乃至於暗物質與暗能量的本質與其作用，也都需要量子力學的知識，才能有進一步的了解。https://youtu.be/C8Q7NyaKDeQ?si=e_1yLKrNmhvm7xMN