什么是量子,量子力学名词解释
专栏:科技资讯
发布日期:2018-12-10
阅读量:8877
作者:小爱

互联网飞速发展的今天,打开电子产品到处充斥着各种信息。这一切可以说是都得归功于量子力学,谈到量子我想大家肯定也看到过很多的关于“量子”有关的科技新闻,如我国射发射的第一颗量子科学实验卫星“黑子号”。那么量子到低是个什么东西呢?我想很多人心里第一反应就是,量子不就是一个粒子吗,呵呵我可以肯定的告诉你大错特错。我们都知道我们日常见到的物质是由原子组成的,原子又是由原子核与电子组成的,原子核又是由质子跟中子组成的,那么量子到底是个什么东西呢,难道是比质子跟中子还小的粒子吗?

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其实并不是这么一回事量子跟质子中子是不能比大小的,这是什么原因呢,因为量子本意就是一个数学概念,比如一个数字就表示的是个数,而几辆汽车是一个实物,你问一个数跟几辆车那个大,这就没办法回答了。它们并不是同一个概念所以也就没办法去比较它们的大小。量子在数学概念里就是指“离散变化的最小单元”什么叫“离散变化”?我们统计人数时,可以说有一个人或两个人,但不可能有半个人、三分之一个人。我们上台阶时,也只能是说上一个台阶或两个台阶,而不能上半个台阶几分之几个台阶。这些就离散变化。对于统计人数来说,一个人就是一个量子。对于上台阶来说,一个台阶就是一个量子。如果某个东西只能离散变化,我们就说它是“量子化”的。

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另外跟“离散变化”相对的叫做“连续变化”。例如你在一段平路上,你可以走到1米的位置,也可以走到1.1米的位置,也可以走到1.11米的位置,中间任何一个距离都可以走到,这就是“连续变化”。显然,离散变化和连续变化在日常生活中都大量存在,这两个概念本身都很容易理解。那么,为什么“量子”这个词会变得如此重要呢?因为人们发现,离散变化是微观世界的一个本质特征。微观世界中的离散变化包括两类,一类是物质组成的离散变化,一类是物理量的离散变化。

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我们先来看物质组成的离散变化,例如光是由一个个光子组成的,你不能分出半个光子、三分之一个光子,所以光子就是光的量子。阴极射线是由一个个电子组成的,你不能分出半个电子、三分之一个电子,所以电子就是阴极射线的量子。在这种情况下,你似乎可以拿量子去跟原子、电子比较了,但这并没有多大意义,因为它是随你的问题而变的。原子、电子、质子、中子、中微子这些词本身就对应某些粒子,而量子这个词在不同的语境下对应不同的粒子(如果它对应粒子的话)。并没有某种粒子专门叫做“量子”!再来看第二类,物理量的离散变化。例如氢原子中电子的能量只能取-13.6 eV(eV 是“电子伏特”,一种能量单位)或者它的1/4、1/9、1/16 等等,总之就是-13.6 eV除以某个自然数的平方(-13.6/n2 eV,n可以取1、2、3、4、5等),而不能取其他值,例如-10 eV、-20 eV。我们不好说氢原子中电子能量的量子是什么(因为不是等间距的变化),但会说氢原子中电子的能量是量子化的,位于一个个“能级”上面。每一种原子中电子的能量都是量子化的,这是一种普遍现象。

发现离散变化是微观世界的一个本质特征后,科学家创立了一门准确描述微观世界的物理学理论,就是“量子力学”。现在在大家应该可以明白,这个名称是怎么来的,它其实是为了强调离散变化在微观世界中的普遍性。

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