量子力學中的「量子」到底是什麼東西?

建築女磚家


量子是不是像電子和質子一樣的微觀粒子,而是最小的不可分割的基本單位,把這個最小單位稱為量子。

量子是一個統稱,可以統稱任何微觀粒子。電子是量子,光子也是量子,中微子也是量子,質子也是量子。


量子這一概念最早由普朗克為了解決黑體輻射而提出的,1900年普朗克在研究黑體輻射的時候引入了能量子假說,吸收和發射電磁波只能以量子的形式進行,也就是能量被分為一份份能量子。

後來的愛因斯坦在解釋光電效應的時候引入了光量子的概念光量子是電磁輻射的載體,光也是也是一份份傳遞的,被稱為光量子。在愛因斯坦之前人們都認為光是以波的形式傳播的,愛因斯坦指出了光的波粒二象性,後來人們大膽猜一切微觀粒子都具有波粒二象性,後來也都證明了這一點。


由此科學家們瞭解了微觀世界的物理定律和宏觀世界有很大的差別,為了更好的理解於是創立了量子力學,雖然愛因斯坦一直反對量子力學的某些觀點並與量子力學派隔空對峙了幾十年,但也推動了量子力學的發展。

時至今日,現在物理學兩大支柱相對論和量子力學,一個進一步揭示空間本質另一個描述微觀世界


宇宙探索未解之迷


這裡主要想澄清一個誤解:

量子不是粒子!

量子不是粒子!

量子不是粒子!

重要的話說三遍。

沒有任何一個粒子,可以被稱之為「量子」。之所以引起誤解,估計還是要翻譯來背鍋。

從最早的理論開始說吧。早期人們對於原子的認識,還停留在「行星模型」上。這個模型認為電子像行星一樣,繞著原子核旋轉。

但在電磁學建立之後,這個模型就暴露出了一個問題:旋轉運動的電子,會在運動的同時發出電磁波,從而損失能量。能量損失了,它就會墜入原子核中。

這樣的結構顯然是不穩定的。但我們身邊的物質都是非常穩定的。

必須有一個理論能解決這個矛盾。波爾提出了「波爾模型」,在這個模型中,他依然採取了行星的結構,但規定電子的軌道速度 x 半徑需要是某一個值的整數倍。

也就是說,電子的角動量是間斷的、不連續的。這樣電子的能量也是不連續的。

電子會在不同的軌道上躍遷,在這個過程中,會釋放、吸收光子,而這些光子的能量也是間斷、不連續的。

就像一份一份的能量一樣,而很多其他的物理量在量子力學中,也是不連續的、一份一份的。所以物理學家稱之為「量子」。

「子」這個字,在這裡只表示不連續、分立,但絕不是「粒子」的「子」。


章彥博


普朗克(M.Planck ,1858~1947),德國物理學家,量子論奠基人。 1918年諾貝爾物理學獎。

十九世紀中期,物理學理論在當時看來已經發展到了相當完善的階段,物理學的上空可謂晴空萬里,在這種情況下,有許多人認為物理學的基本規律已完全被揭示,剩下的工作只是把已有的規律應用到各種具體的問題上,進行一些計算而已。

在物理學晴朗天空的遠處還有兩朵小小的、令人不安的烏雲。

(1)“紫外災難”,經典理論得出的瑞利-金斯公式,在高頻部分趨無窮。

(2)“以太漂移”,邁克爾遜-莫雷實驗表明,不存在以太。

前者催生了相對論,後者引產了量子論。這兩種理論構成了現代物理學大廈的兩根支柱。

普朗克曾多次試圖用經典理論解釋黑體輻射未果,終於例證量子力學假說的正確性,跨入了一個新時代。

1900年,他在黑體輻射研究中引入能量量子,即普朗克量子假說——電磁輻射的能量交換隻能是量子化的:對一定頻率的電磁波,物體只能以 hv為單位吸收或發射它,即吸收或發射電磁波只能以“量子”方式進行,每一份能量叫一能量子。

量子是指一個很小的基本個體;比如一個光子,可以叫做光量子。

"量子化" 指其物理量的數值會是一些特定(離散)數值, E = nhv,而不是任意(連續)值。

普朗克第一次把能量的不連續性引入人對自然過程的更進一步的認識,對20世紀20年代量子理論的進一步發展起了主要作用。

此後幾年中,原子物理學發展得很快。在1923~1927年間,一個關於微觀體系的新理論體系—量子力學建立起來了。

從德布羅意(De Broglie)的波粒二象性假設開始,海森堡(Hersenberg)和薛定諤(Schrodinger)兩人幾乎同時從不同的角度研究了這個問題,各自提出了自己的理論。後來證明,這兩種理論是等價的。後來有其他多位學者參加,共同完善了量子力學理論。

量子實驗室,歡迎評論和關注。


量子實驗室


量子(quantum)的本意是“一份”、“一份”的意思,這個詞被普朗克用來描述他為了解釋黑體輻射實驗曲線所引入的一份、一份的能量。

黑體輻射研究的是具有一定溫度的理想物體(所謂理想指的是這類物體對光的吸收率為1)發射的電磁輻射譜,橫軸是電磁波的波長,縱軸是能量密度。

黑體輻射譜。

根據經典的電磁波理論,電磁波是橫波,電磁波的能量由電場強度E的平方決定,而在經典物理中電場強度E是可以連續取值的。

舉個例子,我們在座標原點放一個電量為Q的點電荷,電場強度隨距離r的關係是:

由於距離r的取值是連續的,電場E的取值也肯定是連續的。換句話說,根據經典理論,電磁波具有的能量應該是連續的。

但普朗克現在說電磁波所具有的能量只能是一份、一份的,這每一份就是一個量子。

普朗克的量子就是光量子,或者乾脆叫光子。後來愛因斯坦又進一步發展了量子概念,提出光量子不僅具有一份、一份的能量,還具有確定的動量,和我們平時所見的粒子(小石頭子)一樣。

光是粒子其實是個很古老的想法,從古希臘哲學家到牛頓都認為光是粒子。

以量子為詞根,還有一些變形,最著名的有量子化,所謂量子化是說一些物理量我們一直以為它的取值是連續的,但後來發現在微觀物理學中變成是一個個分立取值的了。

最著名的量子化是能量量子化,比如電子在原子中能量的取值就是量子化的,此外還有角動量量子化等。

薛定諤針對電子在原子中的運動,提出了量子力學,解釋了這種量子化的行為,薛定諤版本的量子力學就是把電子的運動描述為波函數,然後針對波函數求解一個偏微分方程,薛定諤說過一句很有名的話,“所謂量子化就是求解本徵值問題!”

一維方勢井的本徵值問題。

因為在薛定諤的量子力學裡,偏微分方程的求解歸結為求解一系列本徵方程,因為邊界條件,能量本徵值等自然而然就是分立的,或量子化的。

薛定諤的這套方法後來被狄拉克推廣到相對論情形,以此為基礎又發展出了量子場論等等。除了薛定諤版本的量子力學外,還有海森堡的矩陣力學,費曼的路徑積分,這些在物理上都是等價的。

量子場論有很多版本,比如量子電動力學,量子色動力學等等。目前量子力學的這套方法在很多領域都取得了成功,只剩一個領域還沒有被量子力學描述,就是引力,因為引力實在是太弱了,要想觀察到引力的量子效應,得能量特別特別高才行。

在低溫,小尺寸情形下,還有許多奇特的量子行為,比如量子電導,就是電導率變成量子化的了。

弦論是把引力量子化的候選方案之一,但因為需要驗證弦論的能量太高了,目前這套理論尚缺乏實驗證據。


物理思維


量子,不要單看到那個“子”就認為和其它粒子一樣,這裡要看前面的那個“量”,之所以為量,就是一份一份一份的“量”。量子並不是粒子。

起初,普朗克為了解決紫外災變,而提出能量是一份份的傳遞的,而在此之前,人們都認為能量是連續的。

1905年,愛因斯坦提出了光電效應,並假設了“光子”這個概念,要知道,在此之前,人們都認為光是一種波,而且,前面的關於光是波還是粒子的爭論都是以光是波勝出。而愛因斯坦說,光也是一份份傳遞的,這一份就是“光量子”,提出了光的“波粒二象性”,後來德布羅意在此基礎上提出一切物質粒子都具有波粒二象性。

量子就是一份份的能量,物體吸收電磁波只能以一份份的量子來吸收,同樣發射也是。“光子”、“引力子”都是在此基礎上提出的。


一枚遊戲科幻迷


現代物理對量子的解釋簡直是亂七八糟,根本不能自圓其說!

量子必須從能量球理論的角度來解釋。任何物體都存在輻射,輻射是不連續的,是一份一份的,這每一份就是個量子單位。

輻射出的東西,必定是物質的,也就是說量子是物質的。而量子力學把量子當成能量看待,而能量是物質運動效應的度量,把量子當成能量很不恰當。

量子是物質的,量子也是運動的,而且以光速運動。波是物質運動的表現,把量子說成波也是不恰當的。量子力學把量子能量化和波動化使得量子論亂象從生和不可理解。

量子是粒子的輻射物,此輻射物是一群光子,並以光速運動。電子和原子核以及一切物體都是由空心球組成,空心球吸收空間環境中的光子並輻射出一堆光子,這堆光子就是量子。量子以光速運動,具有很大的動能,形成一定的碰撞效應。宇宙是空心球機制的運作,宇宙奧秘盡在能量球理論!


布魯諾二


好多人都把量子看成微觀的實際粒子像電子中子等一樣,但實際上這是完全錯誤的的。1900年的時候德國物理學家普朗克第一次提出量子的概念,用來解釋光輻射與物質相互作用時的情況。他認為能量並不是連續的,而是一份一份的,也就是說能量是有基本單位的,這一份基本單位就是所謂的量子。

現代物理關於量子的定義:一個物理量如果存在最小的不可分割的基本單位,則這個物理量是量子化的,並把最小單位稱為量子。在經典物理學中能量是聯繫變化的,想取多少就取多少,但是經典物理學並不能解釋黑體輻射的現象,這也是量子概念提出的源頭。

所以說量子指得是“一份份”這種概念,並不能特指某種實際粒子。


科學黑洞歡迎你們的關注與點評。


科學黑洞


正如基本粒子是物質的最小組成個體單位一樣,量子是能量的最小組成單位。最初是普朗克為解釋黑體輻射而發明的概念,後來導致量子力學的誕生。


從根本上把握這個概念,需要理解能量像物質一樣具有可分性,也適用部分和整體的概念。量子就是能量個體的指稱。

微觀粒子具有波粒二象性,原因就在於宏觀的物質和能量儘管具有不同的表象,但本質上是趨同的,一定條件下可以互相轉化,愛因斯坦的質能公式可以很好的說明這一點。

實際上,原來發現的“基本粒子”已經被證明並不基本,還可再分,一種前沿的新理論“弦論”就把所有物質粒子都歸於“弦”的不同形式的振動,獲得了很大的成功。

那麼,既然不基本,粒子或量子是否是無限可分呢?筆者認為是否可分也是有主觀性的命題。一路分下去,科學接下來的發展趨勢會逆反到強調整體性上來。美國科學家玻姆已經在此方面做過初步的理論嘗試。


文字波





沈大哥


先查查字典再說。

quantum:量子,定量,額度;

quantization:量化,量子化。

可見,量子原本的英文含義與定量和額度是一個詞;量子化的英文也與量化是同一個詞。

量化的概念大家都好理解吧?在模擬量轉為數字量時,就要進行量化過程。既然要量化,就需有量化單位,量子也就是指量化單位的意思。

在量子力學中,早先普朗克使用了quantum來表示能量的最小不可分單位,即,能量子。所以,它不是傳統物理意義的什麼粒子,僅僅是一種數量意義上的單位而已。

後來,愛因斯坦在研究光物理現象時,用quantum表示光的最小不可分單位,早先叫photon(光子,可見度),後來也稱作light quantum(光量子),也是指光的能量最小不可分單位,也非傳統意義上的粒子。

在量子力學中,除了能量子、光量子外,還有動量子、角動量子等概念,也分別是對動量和角動量等物理量量子化的單位而已。所以,不要被一些故弄玄虛的科普作家所列舉的一大堆量子力學理論給帶偏了。其實,量子並不玄乎!


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