宏观量子现象(macroscopic quantum phenomena)是指
低温下
体系可用宏观
波函数描述,
量子力学的一些特性可在
宏观尺度上显示出来的现象。
液态4He在
饱和蒸气压下
温度降到2.172K时发生超流相变,或
超导体的温度低于其
临界温度时,都会发生
玻色-爱因斯坦凝聚现象(见
统计物理学)。4He是
玻色子,超流相变相当于有宏观数量的4He原子凝聚到一个单粒子态上,而在超导体中有宏观数量的
动量等值反向
自旋反向的成对
电子占有单一的电子态。这一单粒子态的
波函数,具有和
微观原子或分子波函数相同的量子力学性质,但它
描述的是整个宏观物体,是
宏观数量粒子在宏观尺度上的行为,因此也称为宏观
波函数或
宏观量子态。宏观波函数的
相位在宏观尺度上是相互关联有
相干性的,它的
密度流(就是
超流密度流)是一个
量子密度流,它不携带
熵,也不产生任何的
能量耗散。这使宏观数量的粒子关联在一起,具有某种特性和
刚性。超流速度由波函数的相位梯度决定,任何局部的改变(如
速度的改变)都必然涉及凝聚在这一状态上的宏观数量粒子的同时改变。这就需要过大的
能耗,从而不容易发生,因而稳定的、没有
能量损耗、零黏滞性的超流得以存在。超流氦中
量子化涡旋线的存在,反映波函数相位相干性的
约瑟夫森效应等也是宏观尺度上表现出的量子力学
效应。其他表现出宏观量子现象的体系有液态3He的
超流动性和
超导体中的
超导电性。不同的是3He原子和超导体中的电子是
费米子,在超流或
超导态中,它们两两配对(
库柏对)成为玻色子,
凝聚到用宏观波函数描述的单粒子态上(见宏观量子态)。
在
液氦中有宏观数量的
氦原子占有单一的
量子态。与此对应,可用一个宏观波函数来描述这些体系。这种波函数的
相位具有宏观距离上的
相干性。这种宏观波函数具有与
微观粒子波函数相同的量子性质,但是它描述的是整个宏观
物体,相位的
相干使整个凝聚了的
宏观数量的质点(在超导中为库珀对,见
超导微观理论)联结在一起。对宏观波函数的任何改变都必然牵涉到所有凝聚在这个状态上的宏观数量
质点的同时改变。由于这种宏观波函数的量子性质,导致在
宏观尺度上的许多
量子现象。譬如,液氦中的
超流,涡旋线的量子化(见
液态氦)或在超导体中的超导电流,
磁通量的量子化(见
超导电性)等,都是在宏观尺度上表现出的
量子效应。