科学遇事不决量子力学,量子究竟是什么?一文搞懂,拒绝被坑


原子、质子、电子都是构成物质的实物粒子 , 可量子却不是粒子 , 它是一种物理概念 , 不是实物 。
在微观世界中 , 某些物理量的变化不是连续的 , 只能以最小单位的倍数跳跃式改变 , 这个最小的单位就叫做量子 。
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量子不是粒子 , 只是不连续变化中的最小单位
事物是无限可分的吗?一尺之棰 , 日取其半 , 万世不竭 。 古人很早就想到了这点 , 认为事物可以无限细分 。 可当时古人也不知道微观世界究竟是什么样子的 , 那么也无法验证这个观点 。
数学是物理研究的好帮手 。 在数学世界 , 一个数轴上可以填充无数个实数 , 一米长的线段 , 理论上可以分成无数个小线段 。 那现实的物理世界也是这样的吗?
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科学家发现 , 并非如此 。 这个世界并没有像数学中描述的那样 , 具有无限小、无限可分的概念 。 事物只能分成有限个部分 , 并且存在最小的单元 , 这个世界不是连续的 。 一堵看似密不透风的墙 , 实际上是有许许多多的微粒构成的 , 并且存在一些很小的不可分割的基本粒子 。
世界有宏观和微观之分 。 经典物理学一般可以很好的描述为宏观世界中的物质运动 , 经典力学认为物质的运动变化是连续的 , 比如行星的运动 , 它的运动轨迹是连续的 。 可经典力学却无法描述微观世界(原子及亚原子尺度)中的物质运动 。 为了描述微观世界中的物理规律 , 于是便诞生了量子力学 。
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量子概念是普朗克于1900年为了解决黑体辐射问题而提出来的 , 普朗克认为 , 存在一个最小的能量单位 , 每一份能量的大小只能是基本单位的倍数 , 那么物体也只能一份一份的吸收或者辐射能量 , 由此推导出的理论数据与实验相当吻合 。 这便是能量这个物理量的量子化 , 能量的取值由连续任意变成离散特定 , 并且存在一个最小值 , 其它值只能是最小值的倍数 。
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1905年 , 爱因斯坦继承了普朗克能量子的观点 , 提出了光量子的概念 , 把光看作粒子 , 光的能量就是量子化的 , 每个光子都携带着一份特定的能量 。 光的能量是一份一份的 , 物质与光的相互作用也是一份一份的 , 这成功解释了光电效应 。
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物质的运动变化是不连续的 , 那么当我们用物理量描述这些变化时 , 物理量就不能连续任意的取值 , 只能是一系列特定的分立值 , 是离散的 。
经典物理学认为能量是连续且均匀分布着的 , 可微观世界中不仅能量是不连续分布的 , 粒子的自旋、电荷等物理量也是这样子的 。 这些物理量的值都是离散的 , 都存在一个最小的基本单位 。 这个最小且不可分割的基本单位就叫做量子 , 物理量取值的离散化 , 便是物理量的量子化 。
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不仅能量存在最小单位 , 长度、时间等也具有最小单位 , 分别是普朗克长度、普朗克时间 。 这意味着时空并不是无限可分的 , 事物的运动变化从宏观上看是连续的 , 但实际上并不是连续的 。 经典物理学中的连续变化变成不连续变化 , 这挑战了传统的观念 , 掀起了一场物理学的革命 。