宏观量子效应（Macroscopic Quantum Effect）是在超低温等某些特殊条件下，由大量粒子组成的宏观系统呈现出的整体量子现象。根据量子理论的波粒二象性学说，微观实物粒子会象光波水波一样，具有干涉、衍射等波动特征，形成物质波（或称德布罗意波）。

定义

解释

实例

应用

定义

但日常所见的宏观物体，虽然是由服从这种量子力学规律的微观粒子组成，但由于其空间尺度远远大于这些微观粒子的德布罗意波长，微观粒子量子特性由于统计平均的结果而被掩盖了。因此，在通常的条件下，宏观物体整体上并不出现量子效应。然而，在低温降低或粒子密度变大等特殊条件下，宏观物体的个体组分会相干地结合起来，通过长程关联或重组进入能量较低的量子态，形成一个有机的整体，使得整个系统表现出奇特的量子性质。例如，原子气体的玻色-爱因斯坦凝聚、超流性、超导电性和约瑟夫逊效应等都是宏观量子效应。

解释

必须用量子力学来解释原子的存在，因而也就间接地解释了物质的所有与结构有关的性质。但通常量子力学只是应用于小到肉眼看不见的体系。另一方面，在固体物理学中，有几个出现在宏观物体中的量子力学效应。一个例子就是超导性和超流性，另一个更加宏观的例子，是通过微小的超导金属管的磁通量的量子化现象，1961年，斯坦福大学和慕尼黑大学各自独立地观察到了这种现象。还有一个例子便是量子力学的穿透位垒的隧道效应，对原子核来说，人们知道这种效应已经有许多年了，它的位垒是由于包围原子核的静电场引起的。现在举的例子中，位垒是指分隔两个导体的人工氧化层。

实例

在和位垒有关的现象中，最有趣的一个例子是B，约瑟夫森(B．Josephson)在1962年预言过的、第二年由P．w．安德森(P．W．Anderson)和J．罗厄尔(J．Rowell)实现的。把氧化层夹在两个超导体之间时，就有电流通过这个夹合体。这个电流有两个成分：一个是连续的，即使没有电动势也会存在的成分，就象是普通超导体中的电流一样；另一个交流成分迭加在第一个电流上，仅当两个超导体之间存在电位差V时才会出现。第二个电流成分的频率为ν＝2eV/h，它竞与构成结的材料无关！这种现象给出了一种已知V时测量e/h的新方法。反之，若e/h为已知时，就可测量V。这种现象非常可靠和精密，可用来规定电压的单位。

应用

对导电性质介于金属和绝缘体之间的材料——叫做半导体的研究，最后导致发明了晶体管。要取得这项成就，必须制备非常纯的锗。迄今为止，可能没有任何物质能象锗那样大量生产而又含如此少的杂质。巴丁(即后来发现解决超导性问题线索的同一个巴丁)，W．H．布拉顿(W．H．Brattain)和W．肖克利(W．Shockly)在贝尔实验室于1948年造出了第一个晶体管。晶体管是所有电子线路中极其普通的一个组成部分，它做的事情基本上和电子管做的一样：放大、整流、振荡等等，但它没有热电子发射丝。这在电子学中引起了一场真正的革命。没有晶体管，人们就不能建造现代的计算机，也不能把人送到月球上去。由于晶体管使人们能制造计算机并改变了我们的通讯手段，因而它已探深地影响了人类的文明。