为什么有些物质能导电有些不能？ | 科技袁人

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导读


你如果问一个19世纪的物理学家为什么有些物质能导电，有些物质不导电，他能给你的最好的回答也只是同义反复而已。

本视频是2021年9月11日袁岚峰老师关于“量子信息原理与技术”主题的直播节选（百年前就提出的量子，为什么突然成为热门话题？| 科技袁人）

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本视频发布于2021年10月1日，点赞量已达1万

精彩呈现：

为什么有些物质能导电？比如说铜和铝能导电是吧？它们是非常好的导体，有些物质不导电，比方说木头和塑料它就不导电，然后后面我们又会发现有些物质是半导体，比方说硅和锗，有些物质是超导体，比方说低温下的一些金属，这些问题传统理论是完全没法解释的。

你如果问一个19世纪的物理学家，说为什么有些物质能导电，有些物质不导电，他能给你的最好的回答也不过是说，那些能导电的物质里边电子是自由的，不导电的物质里边，电子是不自由的，这实际上我们在中学和小学学到的导电理论就是这样的，所谓自由电子理论是吧？

但是仔细想一想这真的算一个解释吗？实际上它没有解释任何东西，它只是同义反复而已，因为它只是告诉你，你如果能导电，你就把它叫做自由电子，不能导电就把它叫不自由电子。

那你要问他你能不能预测呢？能不能告诉我为什么铜和铝里面的电子就是自由的，木头和塑料里面的电子就是不自由的？回答是因为它根本预测不了，所以这个理论它只是玩一个文字游戏而已，只有在有了量子力学之后，我们才发展出整个一套新的理论，叫做能带理论，能量的能，领带的带，条带的带，这个能带理论是能够让你去做计算，能够精确地预测，哪些物质能导电，哪些物质不导电。

我们还能够发明出新的物质，比方说半导体和超导体，然后量子力学不但是能够解释现实世界已经有的现象，而且它还能够发明一些新的设备，比方说激光器和发光二极管，这个大家也都经常用，比方说我现在用这个激光笔，这个就是量子力学，用量子力学的效应才能造出来的，如果没有量子力学，你是完全不能理解激光这种现象的。

所以现代社会所有的技术成就，都离不开量子力学。所以你如果要问，量子力学有什么用是吧？这是一个非常外行的问题，说明你肯定对量子力学一无所知，你如果对量子力学有一点了解，你就肯定不会问这种问题了。

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背景简介：袁岚峰，中国科学技术大学化学博士，中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家研究中心副研究员，中国科学技术大学科技传播系副主任，中国科学院科学传播研究中心副主任，科技与战略风云学会会长，“科技袁人”节目主讲人，安徽省科学技术协会常务委员，中国青少年新媒体协会常务理事，中国科普作家协会理事，入选“典赞·2018科普中国”十大科学传播人物，微博@中科大胡不归，知乎@袁岚峰（https://www.zhihu.com/people/yuan-lan-feng-8）。

责任编辑：祝阳