量子力学中的“量子”到底是什么东西?

建筑女砖家


普朗克(M.Planck ,1858~1947),德国物理学家,量子论奠基人。 1918年诺贝尔物理学奖。

十九世纪中期,物理学理论在当时看来已经发展到了相当完善的阶段,物理学的上空可谓晴空万里,在这种情况下,有许多人认为物理学的基本规律已完全被揭示,剩下的工作只是把已有的规律应用到各种具体的问题上,进行一些计算而已。

在物理学晴朗天空的远处还有两朵小小的、令人不安的乌云。

(1)“紫外灾难”,经典理论得出的瑞利-金斯公式,在高频部分趋无穷。

(2)“以太漂移”,迈克尔逊-莫雷实验表明,不存在以太。

前者催生了相对论,后者引产了量子论。这两种理论构成了现代物理学大厦的两根支柱。

普朗克曾多次试图用经典理论解释黑体辐射未果,终于例证量子力学假说的正确性,跨入了一个新时代。

1900年,他在黑体辐射研究中引入能量量子,即普朗克量子假说——电磁辐射的能量交换只能是量子化的:对一定频率的电磁波,物体只能以 hv为单位吸收或发射它,即吸收或发射电磁波只能以“量子”方式进行,每一份能量叫一能量子。

量子是指一个很小的基本个体;比如一个光子,可以叫做光量子。

"量子化" 指其物理量的数值会是一些特定(离散)数值, E = nhv,而不是任意(连续)值。

普朗克第一次把能量的不连续性引入人对自然过程的更进一步的认识,对20世纪20年代量子理论的进一步发展起了主要作用。

此后几年中,原子物理学发展得很快。在1923~1927年间,一个关于微观体系的新理论体系—量子力学建立起来了。

从德布罗意(De Broglie)的波粒二象性假设开始,海森堡(Hersenberg)和薛定谔(Schrodinger)两人几乎同时从不同的角度研究了这个问题,各自提出了自己的理论。后来证明,这两种理论是等价的。后来有其他多位学者参加,共同完善了量子力学理论。

量子实验室,欢迎评论和关注。


量子实验室


这里主要想澄清一个误解:

量子不是粒子!

量子不是粒子!

量子不是粒子!

重要的话说三遍。

没有任何一个粒子,可以被称之为「量子」。之所以引起误解,估计还是要翻译来背锅。

从最早的理论开始说吧。早期人们对于原子的认识,还停留在「行星模型」上。这个模型认为电子像行星一样,绕着原子核旋转。

但在电磁学建立之后,这个模型就暴露出了一个问题:旋转运动的电子,会在运动的同时发出电磁波,从而损失能量。能量损失了,它就会坠入原子核中。

这样的结构显然是不稳定的。但我们身边的物质都是非常稳定的。

必须有一个理论能解决这个矛盾。波尔提出了「波尔模型」,在这个模型中,他依然采取了行星的结构,但规定电子的轨道速度 x 半径需要是某一个值的整数倍。

也就是说,电子的角动量是间断的、不连续的。这样电子的能量也是不连续的。

电子会在不同的轨道上跃迁,在这个过程中,会释放、吸收光子,而这些光子的能量也是间断、不连续的。

就像一份一份的能量一样,而很多其他的物理量在量子力学中,也是不连续的、一份一份的。所以物理学家称之为「量子」。

「子」这个字,在这里只表示不连续、分立,但绝不是「粒子」的「子」。


章彦博


量子(quantum)的本意是“一份”、“一份”的意思,这个词被普朗克用来描述他为了解释黑体辐射实验曲线所引入的一份、一份的能量。

黑体辐射研究的是具有一定温度的理想物体(所谓理想指的是这类物体对光的吸收率为1)发射的电磁辐射谱,横轴是电磁波的波长,纵轴是能量密度。

黑体辐射谱。

根据经典的电磁波理论,电磁波是横波,电磁波的能量由电场强度E的平方决定,而在经典物理中电场强度E是可以连续取值的。

举个例子,我们在坐标原点放一个电量为Q的点电荷,电场强度随距离r的关系是:

由于距离r的取值是连续的,电场E的取值也肯定是连续的。换句话说,根据经典理论,电磁波具有的能量应该是连续的。


但普朗克现在说电磁波所具有的能量只能是一份、一份的,这每一份就是一个量子。

普朗克的量子就是光量子,或者干脆叫光子。后来爱因斯坦又进一步发展了量子概念,提出光量子不仅具有一份、一份的能量,还具有确定的动量,和我们平时所见的粒子(小石头子)一样。

光是粒子其实是个很古老的想法,从古希腊哲学家到牛顿都认为光是粒子。

以量子为词根,还有一些变形,最著名的有量子化,所谓量子化是说一些物理量我们一直以为它的取值是连续的,但后来发现在微观物理学中变成是一个个分立取值的了。

最著名的量子化是能量量子化,比如电子在原子中能量的取值就是量子化的,此外还有角动量量子化等。

薛定谔针对电子在原子中的运动,提出了量子力学,解释了这种量子化的行为,薛定谔版本的量子力学就是把电子的运动描述为波函数,然后针对波函数求解一个偏微分方程,薛定谔说过一句很有名的话,“所谓量子化就是求解本征值问题!”

一维方势井的本征值问题。

因为在薛定谔的量子力学里,偏微分方程的求解归结为求解一系列本征方程,因为边界条件,能量本征值等自然而然就是分立的,或量子化的。

薛定谔的这套方法后来被狄拉克推广到相对论情形,以此为基础又发展出了量子场论等等。除了薛定谔版本的量子力学外,还有海森堡的矩阵力学,费曼的路径积分,这些在物理上都是等价的。

量子场论有很多版本,比如量子电动力学,量子色动力学等等。目前量子力学的这套方法在很多领域都取得了成功,只剩一个领域还没有被量子力学描述,就是引力,因为引力实在是太弱了,要想观察到引力的量子效应,得能量特别特别高才行。

在低温,小尺寸情形下,还有许多奇特的量子行为,比如量子电导,就是电导率变成量子化的了。

弦论是把引力量子化的候选方案之一,但因为需要验证弦论的能量太高了,目前这套理论尚缺乏实验证据。


物理思维


最早普朗克在解释黑洞辐射是提出量子的概念,采用能量最小单位的概念。爱因斯坦提出光波其实是光量子的组合解释光电效应得到了巨大的成功,因此得到了诺贝尔奖。从此量子的概念得到了真正的认定。

有些吃瓜群众不知道“量子”其中的道理,是因为被错误概念和字面误导。其实道理很简单,量子的出现就是因为微观世界的物质已经不可再分造成的。

举个现实中的量子概念例子,你去超市买糖果你可以要任意斤数量的糖果(只要超市有),但仔细的人会发现,其实最小的单位是有的就是一颗糖的重量。增加或减少只能以最小单位一颗糖为单位,不能把一颗糖再分开。这就是在微观世界物质不可再分出现的正常现象,在原子的微观世界,原子中的电子是一个一个的,质子中子也是,光其实也是一个一个光量子组合。所以就出现了物理中的量子概念,就是每一个电子或光量子等微粒子所带的能量有个最小单位,不能再分,这个单位就是普朗克常数h,在微观世界能量是一份一份的就是这样来的,虽然能量是一份一份的但并不代表能量不连续,在微观世界中可以用一个一个的计数就说明是连续的。就像是元素周期表,元素周期按质子数一个一个排列,就是连续的周期,如果出现半个质子反而不正常。如光的能量E=hv,v光的频率是可以是个连续量,所以光量子的能量从宏观上可以做到能量连续,其他粒子也一样。


维度开拓者


量子力学中的“量子”到底是什么东西?

也许这应该请翻译出来背锅,准确的描述应该是“量能”,因为它描述的是能量而非物质,而这个翻译的量子却让人毫无悬念的理解成了中子或者质子这样的物质概念!

世界不是连续的,后面接的那句大家应该耳熟能详了吧.....而是一份一份的!!那么这一份份的哦世界是怎么来的呢?

从1894年开始到1900年,普朗克在黑体辐射的研究上浸淫了超过6年,但进展甚微,因为当前流行的维恩公式仅仅在短波范围内起作用而瑞利公式则在长波范围内起作用,似乎在这之间没有一个通用的公式可将之整合起来,而之间似乎还有不小的差距!

普朗克利用了数学上的内插法将这两个公式凑成了他想象中的那个公式,分别适用与这些个不同的波长的应用范围!!但如果要满足这个公式必须有一个前提,那就得假设能量的发射与接收时,

不是连续的......不是连续的......不是连续的......现代已经普遍接受了量子理论后也许并不觉得这是一件多突兀的事件,但在基本还处在牛顿经典力学的二十世纪初确实是一个颠覆性的事件!!终于有一天,经典力学所构建的大厦根基在量子力学的刚刚开始建立的二十世纪初期开始崩塌了,其实用“崩塌”形容还是有些夸张,因为两者在不同的领域仍然发挥着各自的作用!

在1900年的12约14日这个载入量子力学史册的日子,普朗克在德国物理学会上发表了《黑体光谱中的能量分布》中描述:

“为了找出N个振子具有总能量的可能性,我们必须假设能量是不可连续分割的,它只能是一些基本的量的有限总和……”

普朗克在《黑体光谱中的能量分布》中将这最小能量单位称为“能量子”,但在另一论文中又改成了“量子”!

一份份的概念中,还有普朗克长度:1.6×10^35米

普朗克时间:1.6×10^-35/c^2 = 5.4×10^-44秒

所以各位注意了,量子并不是某种物质最小单位的概念哦.......


星辰大海路上的种花家


量子,不要单看到那个“子”就认为和其它粒子一样,这里要看前面的那个“量”,之所以为量,就是一份一份一份的“量”。量子并不是粒子。

起初,普朗克为了解决紫外灾变,而提出能量是一份份的传递的,而在此之前,人们都认为能量是连续的。

1905年,爱因斯坦提出了光电效应,并假设了“光子”这个概念,要知道,在此之前,人们都认为光是一种波,而且,前面的关于光是波还是粒子的争论都是以光是波胜出。而爱因斯坦说,光也是一份份传递的,这一份就是“光量子”,提出了光的“波粒二象性”,后来德布罗意在此基础上提出一切物质粒子都具有波粒二象性。

量子就是一份份的能量,物体吸收电磁波只能以一份份的量子来吸收,同样发射也是。“光子”、“引力子”都是在此基础上提出的。


一枚游戏科幻迷


现代物理对量子的解释简直是乱七八糟,根本不能自圆其说!

量子必须从能量球理论的角度来解释。任何物体都存在辐射,辐射是不连续的,是一份一份的,这每一份就是个量子单位。

辐射出的东西,必定是物质的,也就是说量子是物质的。而量子力学把量子当成能量看待,而能量是物质运动效应的度量,把量子当成能量很不恰当。

量子是物质的,量子也是运动的,而且以光速运动。波是物质运动的表现,把量子说成波也是不恰当的。量子力学把量子能量化和波动化使得量子论乱象从生和不可理解。

量子是粒子的辐射物,此辐射物是一群光子,并以光速运动。电子和原子核以及一切物体都是由空心球组成,空心球吸收空间环境中的光子并辐射出一堆光子,这堆光子就是量子。量子以光速运动,具有很大的动能,形成一定的碰撞效应。宇宙是空心球机制的运作,宇宙奥秘尽在能量球理论!


布鲁诺二


好多人都把量子看成微观的实际粒子像电子中子等一样,但实际上这是完全错误的的。1900年的时候德国物理学家普朗克第一次提出量子的概念,用来解释光辐射与物质相互作用时的情况。他认为能量并不是连续的,而是一份一份的,也就是说能量是有基本单位的,这一份基本单位就是所谓的量子。

现代物理关于量子的定义:一个物理量如果存在最小的不可分割的基本单位,则这个物理量是量子化的,并把最小单位称为量子。在经典物理学中能量是联系变化的,想取多少就取多少,但是经典物理学并不能解释黑体辐射的现象,这也是量子概念提出的源头。

所以说量子指得是“一份份”这种概念,并不能特指某种实际粒子。


科学黑洞欢迎你们的关注与点评。


科学黑洞


量子是不是像电子和质子一样的微观粒子,而是最小的不可分割的基本单位,把这个最小单位称为量子。

量子是一个统称,可以统称任何微观粒子。电子是量子,光子也是量子,中微子也是量子,质子也是量子。


量子这一概念最早由普朗克为了解决黑体辐射而提出的,1900年普朗克在研究黑体辐射的时候引入了能量子假说,吸收和发射电磁波只能以量子的形式进行,也就是能量被分为一份份能量子。

后来的爱因斯坦在解释光电效应的时候引入了光量子的概念光量子是电磁辐射的载体,光也是也是一份份传递的,被称为光量子。在爱因斯坦之前人们都认为光是以波的形式传播的,爱因斯坦指出了光的波粒二象性,后来人们大胆猜一切微观粒子都具有波粒二象性,后来也都证明了这一点。


由此科学家们了解了微观世界的物理定律和宏观世界有很大的差别,为了更好的理解于是创立了量子力学,虽然爱因斯坦一直反对量子力学的某些观点并与量子力学派隔空对峙了几十年,但也推动了量子力学的发展。

时至今日,现在物理学两大支柱相对论和量子力学,一个进一步揭示空间本质另一个描述微观世界


宇宙探索未解之迷



什么是量子,我认为首先它是一个粒子,再一个它是一个有基本结构

量存在的粒子而不是一个单独的固态粒子。它的基本量由它本体外在

形象所决定,它的形象是”○”,由两个半圆合成,此两个半圆连接为

一体同向纵立即为“3”数量,此量就是它的基本结构量,也可以谓之为

基本面。故曰“量子”。奇妙的是一个“○”中也只能容纳下3个仅次于本

体的小○。同时此3个次级粒子必然构成为一个呈中性,另外两个呈

阴阳性向对特征。此为涵3为1,1分3量。

这就是我们所谓的量子,一般情况下也是以阴阳,虚实成对的面貌

出现的。

冥冥之中自有定数,1900年12月14日普朗克在德国物理学会上提出

了量子的定义以后,当时量子这个能量包就被冠以一个符号代码。

此符号就是“ε”,与3数相映成趣!(时间也含有象数蕴意韵味)。

量子的意义大概介绍至此,错误之处请各位高人指正!


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