“花落”诺奖的量子现象带给AP物理的启发

今天小编搜罗了“花落”诺奖的量子现象带给AP物理的启发希望给择校的家长们提供参考。

诺贝尔奖物理学奖的量子现象给AP物理课程的学习，带来了哪些启发呢？ PART 1 量子力学与量子纠缠 北京时间10月4日17时45分，诺贝尔奖委员会宣布将2022年物理学奖授予Anton Zeilinger，Alain Aspect，John F. Clauser三位物理学家，表彰他们在“纠缠光子实验、确立对贝尔不等式的违反和开创性的量子信息科学”方面的成就。发布会上还专门提到我国的墨子号量子实验卫星已经实现了地球上相距1200公里的2个跨大洲地面实验站之间的量子态远程传输。“量子纠缠”和“量子信息”开始喜提热搜榜榜首。 今天来和大家聊聊量子纠缠那些事。故事要从20世纪初开始，普朗克提出的黑体方程和普朗克常数（h），宣告“量子力学”正式诞生，也打开了微观世界的潘多拉魔盒。接下来的微观世界神奇之旅，将会颠覆我们在宏观世界建立的认知，遇见一系列不可思议的量子现象。
首先出场的是科学七大神兽之“薛定谔的猫”。我们把一只猫和一瓶带有随机开关的剧毒物质（打开和关上的概率各为50%），放进一个封闭不透明的箱子中。根据经典物理学，盒子里的猫必将发生要么死去，要么活着，两个结果之一。然而在量子的世界里，当盒子处于关闭状态，量子猫则一直保持不确定性的波态，即猫既生又死的叠加态。但当盒子打开后，这只既生又死猫的波函数叠加态在外部观测者观测的瞬间，坍缩为其中一种状态。这就是由玻尔领衔的哥本哈根学派提出的不确定性原理和叠加态等理论。由此开启了科学家们对于量子计算机的探索，也引发了诸如平行宇宙等科幻题材。 不久之后人们就发现了量子纠缠现象的存在，具体来说就是处于纠缠状态的两个量子，不论相隔多远，都会存在一种关联，其中一个量子状态发生了改变，另一个量子的状态也会瞬时发生相应改变，就好像两个量子之间存在心灵感应。举个通俗的例子，当一双手套被分装在2个盒子里送到相隔哪怕是数个光年之外，当一个盒子打开发现是右手，那么另一个盒子的手套在这个瞬间由不确定态变为确定的左手，也就意味着我们可以瞬间知道数光年之外的事情。
然而EPR佯谬却认为量子力学具有不完备性，这样不确定的叠加态是错误的，一定存在尚未被发现的定域性隐变量。爱因斯坦也讽刺量子纠缠为“幽灵般的远距效应”，量子纠缠也被称为量子力学的叛徒。 两派争论不休了几十年。看来猫活着，还是死去，对于科学巨匠们也还是一个问题啊。直到1964年，物理学家约翰﹒贝尔设计了一个思维实验——贝尔不等式。通过验证“贝尔不等式”是否成立，可以验证量子纠缠是否真实存在。今年获得诺奖的这三位物理学家对实现了这个贝尔不等式实验做出了杰出贡献，从而为未来的量子信息理论奠定了基础。 量子纠缠的证实，带来了以量子计算和量子通信为代表的第二次量子革命。量子信息传输存储，量子算法，量子密钥将更快的进入实用阶段。这其中最为自豪的是我国的量子计算原型机“九章”，在2020年实现了将6亿年的计算缩短到200秒，比当时世界上最快的超级计算机“富岳”快了足足100万亿倍。再有超越时空的量子通讯，未来在以光年为单位的浩瀚宇宙中也可能实现即时通讯。要知道即使在太阳系内，火星探测器通过现在的无线通讯，信号传回地球也需要11分钟之久。 PART 2 AP物理学习启示 说得这么热闹，这些又为我们的AP物理课程的学习，带来了哪些启发呢？
上面讲到的量子纠缠理论的提出和验证，看似寥寥数语，但实际经历了很漫长和曲折的过程，几代科学家孜孜不倦的探索和追求，才最终将魔法变为了现实。那么实际上我们物理的学习也遵循同样的规律，我更愿意将物理课程的学习过程，分为以下必经的3个阶段： 第一阶段，正确理解基本概念和定理，掌握基本应用技能。这个阶段需要吃透教材或讲义重要知识点，分析相关概念间的区别与联系，定理的应用范围，也包括应用时容易出现的错误。通过典型例题的示例讲解，辅以课堂练习、课后作业，熟练和提高基本应用能力。 第二阶段，在熟练掌握概念、定理和基本应用后，再通过典型的物理模型，把同一个系列孤立的知识点，像冰糖葫芦那样串起来，建立起同一系列知识点间的联系。加深对重要知识点（高频考点）的理解，同时进一步提高应用能力。
例如力学中，通过经典滑轮模型，我们首先可以把牛顿运动定律和运动学的重要知识点串联起来；学过功和能这一章节之后，又可以把做功、重力势能和动能之间的关系，再次在滑轮模型上串联起来，解决更为复杂的问题，同时又加深了受力对运动的影响，力做功与机械能变化间的关系的理解。 第三阶段，在完成第2阶段的任务后，这时就需要把不同系列知识点放在一起类比分析，建立学科知识结构框架。同时辅以难度更大的跨章节综合应用练习，总结出解题思路和技巧，提高灵活应用的能力。
例如力学中，我们先学习过平动运动后，在学习转动运动时，就要把平动和转动的相应物理量，比如速度和角速度，力和力矩等，对比去理解，并能区分不同；或者动量守恒定律和角动量守恒定律，对比分析应用条件有哪些异同，并类比的记忆相应公式。
再例如学习简谐运动这部分时，我们可以把力与运动部分的牛顿运动定律，功与能部分的中保守力与非保守做功和机械能守恒，以及冲量和动量部分的动量定理和动量守恒，加上简谐运动的公式整个串联起来，进行大综合应用练习。这也是AP物理1或AP物理C考试中，简答题大题（FRQ）比较青睐的题型，亦或者是各类考试难题常见的类型。是大家冲高分需要加强的练习。
看到这里大家是不是感觉本来看到物理那些拗口的定义，奇形怪状的公式，就已经开始头大了，再加上上述123的阶段，更加emo了呢？这也是重点给大家提的一个建议：物理的学习更注重能力的培养，需要时间的积累，对考前突击不算友好。凡事预则立，不预则废，希望大家都能尽早做好整体学习规划，尽早开始行动起来，每天进步一点点，做时间的好朋友。 PART 3 学姐学长有话说 接下来为对物理感兴趣，未来想在物理相关另领域继续深造的同学们，分享来自约翰霍普金斯大学的尤同学和莱斯大学的高同学申请的经验和建议。 毕业于首师附国际部的尤同学从小就向往探索浩瀚无垠的宇宙，也因此与天文结下了不解之缘。在他的不懈努力下，尤同学终于也成功进入约翰霍普金斯大学，继续攻读天体与物理部门的物理专业。
竞赛方面，尤同学在高中阶段参加了物理碗、丘成桐等物理科学类竞赛，和AMC等数学类竞赛。活动方面，从小学开始一直积极参加天文社，高中阶段参与中国英才计划科研项目，比较重要的是有论文和科研成果等科研产出。这样丰富与天文相关的经历，不仅体现了对专业的热爱，也使得尤同学的申请材料令人印象深刻。 毕业于二中国际部的高同学对物理深深的热爱，优秀的课业成绩，精彩的活动，都变成实现梦想的翅膀，帮助高同学成功进入莱斯大学攻读天体物理专业。
高同学AP考了6门，分别是物理1、物理2、物理C力学、微积分BC、微观经济、英语语言与写作，六门全5分。物理类活动方面，高同学选择做了天体物理（层级三体轨道）的科研，斯坦福相对论的夏校；还有创办物理社团，同时为社团创立了公众号。
对于如何在活动丰富的情况下保证校内成绩，高同学建议首先要在高一入学的时候就开始适应、有意识地培养自己适应国际部的学习任务。要尽早的找好适合自己的学习方法，熟悉外教的要求和grading system。然后平时要养成总结的习惯，注重每次作业、小测、project。考试前要提前安排复习时间，形成适合自己的复习方法。单位时间内提高效率，专注。如果可以高效学习，就能给活动留出比较多的时间。 未来那个踏入名校的你，那个梦想达成的你，与今天努力前行的你，来一场跨越时空的量子联动也未可知呢——量子纠缠如是说。 以上就是《“花落”诺奖的量子现象带给AP物理的启发》介绍。，从业十年，专业的国际学校择校服务平台。全国国际学校一站式择校服务，规划目标学校入学备考方案。快速了解您所在地域国际学校排名、学费、入学条件、校园开放日，欢迎在线预约咨询