微涼了半夏3696

量子最早是由普朗克發現的，他發現能量是不連續的，只能一份一份地吸收與發射，這個最小的量就是普朗克常數。在這之後，人們發現，在微觀世界，這種不連續性隨處可見、無法避免。量子力學就是在此基礎上建立的，不過只是唯象的理論，屬於初級理論，並沒有給出產生這種不連續性的物理機制。根據系統的有機觀點，宇宙是由量子構成的，量子是宇宙最小、最基本的粒子，不可再分割。無數離散的基態量子構成空間，數個高能量子構成封閉體系即物質。量子空間的不同分佈可以分別形成引力場和電磁場等，而對基態量子的激發，可以產生光子和中微子等，屬於能量的範疇。普朗克常數h是量子的角動量，相對於量子的能量具有不變性。各種物體之間的相互作用，本質上都是交換量子。量子是物質之間的最小相互作用。自然界的一切物理現象都是量子空間無規碰撞的對稱性破缺，即是不對稱碰撞造成的。加速運動、高速運動、微觀尺度以及作為封閉體系的物質存在，都會在不同的程度上引起量子空間的不對稱碰撞，從而產生各種不同的力。

淡漠乾坤

關於量子的問題一個回答不能說的很全面，我在這裡簡單的回顧一下量子的提出。

十九世紀的最後一天，歐洲的物理學家齊聚一堂，迎接新世紀的來臨。著名的科學家開爾文爵士驚歎於物理學的偉大成就，自豪的說：“物理學的大廈已經建成，後世的物理學家只要做一些修修補補的工作就可以了。”

開爾文這麼說，是因為在那個時代，經典力學通過牛頓、拉格朗日、拉普拉斯等人的貢獻已經清楚的解釋了物體之間的相互作用和天體運行規律，麥克斯韋電磁方程組將電與磁完美的統一起來，熱力學統計物理可以解釋分子的運動規律，彷彿物理學已經完全成熟了，沒有什麼重大的理論問題需要解決。以後的物理學家只需要將物理常數的精度提高几位就可以了。

但是，開爾文同時也說：“在物理學晴朗的天空中，還飄著兩朵令人不安的烏雲。”他所說的這兩朵烏雲其一是指黑體輻射問題中實驗結果與理論不符合，另一朵是指尋找光的參考系-以太的麥克爾孫莫雷實驗的失敗。

恰恰是這兩朵烏雲，發展成為二十世紀物理學最偉大的兩個發現：量子力學和相對論的誕生。人類認識到自己探索自然的道路還很漫長。

我們首先介紹一下黑體。物理研究發現：一切物體都在吸收、反射和輻射電磁波。如果一個物體只吸收和輻射電磁波，不反射電磁波，這個物體就稱為黑體。比如太陽就可以看作一個黑體，因為太陽的輻射特別強，輻射的電磁波強度遠遠大於反射的電磁波。

人們經過研究發現，黑體輻射的情況與物體的溫度有關。

圖中縱座標是單位波長單位面積輻射功率，橫座標是波長。我們通過這個圖可以發現兩個結論：

第一：物體溫度越高，輻射強度越大。根據斯特番-波爾茲曼定律，黑體單位面積輻射能量與溫度的四次方成正比。人們根據這個規律及算了太陽表面溫度。

第二，物體溫度越高，輻射強度最大處的波長越短，滿足維恩位移定律。比如熾熱的鐵塊會發光，而且溫度不同時，顏色也不同。

但是，這兩個定律都是實驗規律，如何從理論上解釋呢?

卡文迪許實驗室主任瑞利從經典電動力學出發，推導出一個黑體輻射公式，即瑞利-金斯公式。

不過，這個公式並不能符合實驗結果。只有在波長比較大的時候，公式才與實驗結果符合，在波長較小時，公式與實驗結果偏差很大。

最可怕的是：當波長趨近於零時，瑞利公式的結果發散，輻射強度無窮大，這顯然是很荒謬的。人們無法調和理論和實驗結果，並把這個問題稱為“紫外災難”（這是因為紫外是比可見光波長更短的光，表示波長短時實驗結果與理論值不符）。

為了解釋這個問題，許多物理學家提出了自己的見解。最成功的是德國科學家普朗克。以下是普朗克學習物理過程中相貌變化圖。

普朗克在1900年提出：為了解釋黑體輻射現象，必須做出一定的假設，這些假設可能與人們熟悉的物理學規律不同。

振動的帶電粒子能量是一份一份的，每一份的能量都與振動頻率有關，稱為一個能量子，或簡稱為量子。

按照這個假設，普朗克推導出了黑體輻射的普朗克公式。

這個公式與實驗結果符合的非常好。十八年後，普朗克獲得諾貝爾獎。

能量子的概念提出後，許多物理學家借用這個概念得出了豐碩的成果。例如愛因斯坦，1905年愛因斯坦借用普朗克的觀點解釋了光電效應實驗。愛因斯坦說：光的能量也是一份份的，每一份稱為一個光量子，或簡稱光子，光子的能量與頻率的關係也滿足普朗克公式。從此人們認識到光是具有波粒二象性的，愛因斯坦也因此獲得諾貝爾獎。

再往後，德布羅意指出所有的物質都具有波粒二像性，波恩提出概率波的觀點，薛定諤提出波函數滿足的方程薛定諤方程，波爾利用量子觀點解釋了原子的能級結構，量子力學蓬勃發展起來。

現在人們認識到：量子力學是統治微觀領域的物理規律，它與宏觀世界滿足的規律不同。

李永樂老師

量子不以實體存在。

換句話說，沒有哪個物質叫做「量子」。

那我們平時說的「量子」、「量子力學」是什麼呢？

我們只要看看身邊的樓梯就懂了——兩層樓之間，人站的高度，在0米和3米之間，雖然可以是連續的，但你若站在樓梯上，就只能有有限個可能的高度。

要麼20cm，要麼40cm、60、80……，而不會有13.2釐米這樣的高度。

換句話說，你所站位置的高度是一份一份增加的。每一份的大小都是確定的、不能隨意選擇的。

把一個數值變為離散、分立的量，就是「量子化」。

以前，人們認為氫原子外部的電子軌道和太陽系的軌道一樣，可以處在任何半徑處，所以電子所帶的能量也是連續的。然而，氫原子的離散光譜是無法用連續半徑的軌道所解釋的。同時，這樣的軌道會使得電子向外輻射能量，從而很快墜入原子核。

所以，科學家提出了「軌道量子化」的概念。認為軌道對應的角動量不是任意選取的，而是某個值的整數倍。這就是量子化。

後來根據薛定諤方程，我們可以準確求解氫原子的電子雲的能量，得到的結果也同樣是離散、分立的。

雖然後來量子力學的發展遠遠超出了離散、分立的範疇，但若要談及「量子」這個詞的來源，還需要從這裡看起。

章彥博

量子是20世紀物理學家在試圖解釋一些物理現象時提出的，從字面意思理解，量子代表的就是分立的，一份一份的，是用於描述微觀世界自然規律的基本單元。我們最容易認知的原子、原子核和電子是一個一個的，可以認為是一種廣義上的量子。但物理學中的量子絕不僅限於此，而且要豐富地多。光子、能量子、自旋都可以認為是一種量子的概念。需要注意的是，量子不僅具有分立的特性，而且具有波的特性。這就是所謂的波粒二象性。

相關歷史

量子概念的提出是對經典力學的挑戰，具有很重要的歷史意義，是人類對物質世界認知的一大突破。但其實量子的概念是上個世紀初很多解釋不了的實驗數據所催發的一個必然產物。

• 1900年，量子的概念首先由普朗克提出，成功解釋了當時的“黑體輻射”數據；
  
• 1905年，愛因斯坦提出了光量子的概念，成功解釋了當時“光電效應”的實驗規律；
• 1913年，玻爾受到光譜學中巴耳末公式的啟發，提出了基於量子概念的氫原子模型，成功地解釋了氫原子的不連續光譜。

量子現象

微觀世界是量子化的，是我們認知微觀世界所必須的一個最基本的概念，同時也是很多新奇物理效應（比如超導）的微觀根源。我們在這裡介紹幾個比較典型的量子以及和其有關的有趣物理現象，來幫助大家認識量子的概念。

1. 電子和能量量子：電子的能量是量子化的，並不是能取所有的值。多電子原子的電子分佈在不同的軌道上，能量或者說電子的狀態也會有所不同。更深入的知識告訴我們，電子的位置是不能確定的，而是具有一定的不確定性。我們只能用它在空間某一點出現的概率去描述它，因此就出現了各種各樣的電子雲，如下圖。

   圖1. 不同形狀的電子狀態(電子雲，圖片來自於wikipedia:Atomic orbital)

2. 光子：由於電子的能量是分立的，電子在不同狀態之間變化時（專業術語叫量子躍遷），便有可能發射出光子，因此光子的能量也是量子化的。圖2. 兩個不同能量的光子，光子頻率也是不同的，紫色的光子能量要比黃色的高(圖片來自於wikipedia: Photon)

3. 自旋：自旋的全稱是自旋角動量量子數，因此，首先它是一個數，例如電子的自旋是1/2；其次，角動量是有方向的，而量子化的自旋角動量方向也是分立的，只有上下兩個方向，因此電子的自旋只有+1/2和-1/2兩種。電子自旋和宏觀材料的磁性具有很密切的關係，他們都有兩個方向，這是我們最容易認識到的二者之間的共性。圖3. 電子自旋示意圖

量子世界的許多怪異的結論導致了很多出乎意料的現象。我們最常聽到的就是超導了，這是一種在某個臨界溫度以下電阻為零的狀態，對於電流傳輸而言，超導材料是無損耗的，因此具有極大的應用價值。而之所以超導，究其內因，就是和量子世界的規律緊密相關的。

量子與現代科技生活

毫不誇張地說，沒有量子就沒有現代科技生活，就沒有現在的信息高速公路，也就沒有我們身邊的智能手機、筆記本電腦，還有我們時時刻刻都離不開的數據流量和WiFi。

為什麼這麼說呢？現代的科技生活，究其根源，是由於半導體工業的巨大發展提供了足夠好的硬件條件。而半導體工業中使用的半導體材料，其優良的性質就是跟量子的概念緊密相關的。最常用的硅基半導體，就是在量子力學的基礎上研究發展起來的。由於涉及到了更深入的物理，這裡便不再多說了。

圖5. 半導體芯片

量子驛站

施鬱

（復旦大學物理學系教授）

在物理學中，量子可以是名詞，也可以是形容詞。既然問題問“什麼是量子？”我就按照名詞來回答，雖然形容詞的用法更多，我也在其他地方談過。

最早，普朗克引入“量子”一詞時，就是一份一份的意思，有個基本單位，物質輻射出電磁波的能量總是某個基本單位的整數倍，那個基本單位就是頻率乘以一個基本常量（人們稱之為普朗克常數）。

後來，愛因斯坦說，電磁波（也就是光）的能量本來就是一份一份的，叫作光量子。1924年以後，光量子被簡稱為光子。

再後來（過了近20年），德布羅意說，量子力學中，物質粒子，比如電子，也是波。這些量子粒子也可以叫作量子。

後來量子場論發展起來了，人們就將每種量子場在真空基礎之上的激發叫作這個場的量子，它們具有粒子性。 光量子就是電磁場的量子，電子是電子場的量子，如此等等。

在大量粒子的相互作用體系中，集體運動模式在量子力學框架中也表象出量子性，相應的基本激發也是量子。比如固體中的聲子，就是振動的量子。 它們具有粒子性，叫作準粒子。 比如去年熱鬧了一陣的拓撲材料中的天使粒子就是準粒子，也是一種量子。

說這些量子具有粒子性，是指它們有動量、能量，像一個粒子，但是是服從量子力學的運動規律的，比如是由量子態描述，動量與位置之間滿足不確定原理，也就是說不能同時具有確定值，等等。

物理文化與施鬱世界線

量子在現代的理解中，意思是任何物理性質的最小可能離散單位，如能量或物質。量子這個概念出現在1900年之後，當時物理學家馬克斯·普朗克（Max Planck）在德國物理學會的演講中使用了這種叫法。普朗克試圖找出發光體的輻射從紅色變成橙色，隨著溫度升高最終變成藍色的原因。他發現，通過假定輻射存在最小的離散單位，就像一般的物質一樣，而不是像以前假設的那樣只是一個恆定連續的電磁波，那麼他就可以找出他的問題的正確答案。

普朗克寫了一個數學方程，普朗克方程，這個方程涉及一個符號來表示單個的能量量子。他叫單位量子。例如，光子是光的單位量子（或者任何其他形式的電磁輻射的），並且可以被稱為“光量子”。 類似地，原子內結合的電子的能量也是量子化的，因此只能以某些離散值存在。 電子只能在原子中以離散能級存在的事實導致原子穩定，因此物質一般是穩定的。

最初普朗克認為，量子的發現只是一個理論工具。但事實上，它的出現後來發展成了一個全新的，基本的自然規律。這個規律就是20世紀大名鼎鼎的量子理論。量子理論和愛因斯坦的相對論共同解釋了地球上所有物質和能量的本質和行為，構成了現代物理學的基礎。然而，這兩者之間仍然存在衝突。愛因斯坦一生中大部分時間都在尋求他所謂的統一場理論 - 一個可以調和兩個理論的不相容性的新理論。後來，超弦理論和M理論被提出作為統一理論的候選人被髮展出來。

低熵製造機

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。

1900年，普朗克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。

量子是指一個不可分割的基本個體；能量是一份份的能量子，而微觀粒子也都是量子，比如光量子。

"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，專注科學問題，歡迎評論和關注。

量子實驗室

在物理學中，量子是交互作用中涉及的任何物理實體（物理屬性）的最小量。這意味著物理性質的大小隻能採用由一個量子的整數倍組成的離散值。

例如，光子是單量子的光（或任何其他形式的電磁輻射）。類似地，原子內的電子的電荷能量是量子化的，並且可以某離散值存在。實際上，原子和物質通常是穩定的正是因為電子只能存在於原子內的離散能級。量子化是量子力學更廣泛物理學的基礎之一。能量的量化及其對能量和物質相互作用的影響（量子電動力學）是理解和描述自然的基本框架的一部分。

量子的性質似乎暗示了宇宙微觀層面的某種特性，通俗一點講，宇宙實際上更像一塊粗糙的布，遠看光滑柔順但近看則是由細密的“線”織成。

這裡敷衍一下普朗克提出量子概念的簡單歷史：

1859年古斯塔夫·基爾霍夫提出黑體輻射問題，1877年波茨曼提出物理系統的能量狀態可以是離散的。1900年，馬克斯·普朗克（Max Planck）發現了輻射量子化的概念，他曾試圖瞭解被加熱物體的輻射發射，稱為黑體輻射。通過假設能量只能在微小的，微分的，離散的包（他稱之為“束”或“能量元”）中被吸收或釋放，即假設是能量以離散的“量子”（或能量包）輻射和吸收，普朗克精確解釋了觀察到的黑體輻射的模式。

關於黑體輻射的詮釋，終於揭開了量子這一重要的物理概念的新篇章。

其實關於量子的現實證實還要靠愛因斯坦，普朗克差點錯失“量子之父”之名。坦哥確實很厲害！

普朗克謹慎地認為，“量子”只是輻射吸收和發射過程的一個方面，與輻射本身的物理現實無關。事實上，他將他的量子假設只視為一個得到正確的答案的數學技巧，而不是一個大發現。

然而，在1905年，坦哥打了普朗克的臉，他用更現實地證據解釋了普朗克的量子假設——用來解釋光電效應，即光照在某些物質上可以從物質材料中射出電子。坦哥因這項工作獲得了1921年諾貝爾物理學獎，後來還進一步發展了這一觀點，以表明光等電磁波也可以被描述為一個粒子（後來稱為光子），其能量取決於其頻率。

上圖：光電效應

大約在1900年至1910年間，量子理論和光的微粒理論首先被廣泛接受為科學事實; 後面的這些理論可以分別被視為物質和電磁輻射的量子理論。

後來，在20世紀20年代中期，量子力學在一大堆大神的發力之下蓬勃發展。在量子力學中，“量子”指的是分配給某些物理量的離散單位，例如靜止原子的能量。 各種粒子是具有波特性的離散能量包的發現，導致了處理原子和亞原子系統的物理學分支——量子力學的產生。

上圖：不同能級氫原子中電子的波函數。量子力學無法預測粒子在空間中的確切位置，只能預測在不同位置找到粒子的概率。更亮的區域代表發現電子的更高概率。波函數的取值是離散的（整數）才能符合實際的統計學結論。

小宇堂

有些詞語如果不是登上了頭條的話，我們大概總也想不起來，比如說“量子”。最近一次我注意到這個詞語還是在《蟻人2》這部電影中，什麼“量子世界”、“量子能量”、“量子隧道”隨處可見的“量子”將整部電影的逼格提升了至少一個“量子”的臺階。不過“量子”究竟指的是什麼呢？就像我們知道的很多概念一樣，隱約知道它的意思，但想要詳細的解釋卻無從開口。

關於量子

在網絡上可以看到很多話題，有問“量子到底存在嗎？”有問“量子是什麼啊？”還有討論“量子針灸”的，有用“量子力學”套宗教和心靈感應的，還有用“量子力學”解釋靈魂和自由意志等“形而上學”的。（關於形而上學的解釋可以參見我的上一篇文章https://www.toutiao.com/i6632828507669922307/）

那量子究竟是什麼呢？

有人說“我知道分子、原子，想必量子也是這麼一個類似的東西吧，你看隔壁的王大媽拿著量子茶杯喝著量子水，家裡的保健器械很多也帶著“量子”標誌。”隔壁王大媽進入了“量子世界”怎麼掙脫出來是王大媽兒女的事，不過可以肯定的是不會比初代“黃蜂女”從“量子世界”逃脫要難。重點是我們怎麼擺脫這個“量子陷阱”，本來就掙得不多還要給“量子”買單，太虧了。

所以為了防止我們落入“量子陷阱”，讓我們瞭解一下“量子”，以及20世紀物理學兩大支柱之一的“量子力學”。

量子一詞來自拉丁語quantus，意為“有多少”，代表“相當數量的某物質”。這是量子一詞本來的意思。

而在物理學中的定義則是：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。指一個不可分割的基本個體。例如，“光的量子”（光子）是一定頻率的光的基本能量單位。而量子力學是則研究微觀粒子運動規律的學科，是研究原子、分子以至原子核和基本粒子的結構和性質的基本理論。

我最喜歡的美劇之一，推薦

量子與量子力學似乎是最近這幾年突然火起來的，先是《生活大爆炸》中幾位物理學家為大家科普了一下量子力學的知識，緊接著中國的量子衛星發射上天，然後量子計算機的消息又被炒得火熱。一直在物理學家圈子的話題也成為了普通人討論的對象，這讓人不經有一種錯覺，彷彿量子力學剛剛被發現一樣。

但是注意，我說過“量子力學”是20世紀物理學兩大支柱之一（另一個是廣義相對論），因為量子力學正好誕生於1900年，真是巧合啊，在人類邁入新世紀的第一年。

在1900年，普朗克計算一個“熱匣子”內處於平衡態的電磁場。為此他用了一個巧妙的方法：假設電磁場能量都分佈在一個個的“量子”上，也就是說能量是一包一包或一塊一塊的。用這個方法計算出的結果與測量得到的數據完全吻合（可見在一百多年前，普朗克就回答了量子是存在的問題）。

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普朗克大神髮際線感人

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但是普朗克得到的結果與當時人們的認知完全不一樣，人們認為能量是連續變動的。同樣對於普朗克來說，把能量視為一個個能量包塊的集合只是計算上使用的一個特殊策略，他自己也不知道為什麼這個辦法就會奏效（劃重點），真正確認這些“能量包”存在的是愛因斯坦（現在知道愛因斯坦地位為什麼這麼高了吧，20世紀兩大物理學支柱，廣義相對論是由愛因斯坦憑藉一己之力思考、孕育出來的，而在量子力學領域，愛因斯坦也起到了至關重要的的作用）。

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這個人就不介紹了

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他在《關於光的產生和轉化的一個啟發性觀點》這篇論文中是這麼說的“確實現在在我看來，關於黑體輻射，光致發光、紫外光產生陰極射線，以及其他一些有關光的產生和轉化的現象的觀察，如果用光的能量在空間中不是連續分佈的這種假說來解釋．似乎就更好理解。按照這裡所設想的假設，從點光源發射出來的光束的能量在傳播中不是連續分佈在越來越大的空間之中，而是由個數有限的、侷限在空間各點的能量子所組成，這些能量子能夠運動，但不能再分割，而只能整個地被吸收或產生出來。”

這是量子理論誕生的真正宣言，如果說普朗克是量子理論之父的話，那愛因斯坦就是讓這項理論茁壯成長的養育者，也是憑藉這項研究愛因斯坦獲得了諾貝爾獎，但有意思的是愛因斯坦拋棄了他“養育”的理論，之後的發現是如此“荒謬”，以至於他一有機會就抱怨，說這實在太不合理了。

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丹尼斯·玻爾

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在愛因斯坦之後，也就是20世紀10—20年代，丹尼斯·玻爾（他是愛因斯坦最強勁的對手）繼續引領這一理論的發展。玻爾瞭解到原子內電子的能量和光能一樣，只能是特定值，更重要的是，電子只有在特定能量下才能從一個原子軌道“跳躍”到另一個原子軌道，並同時釋放或吸收一個光子，這就是著名的“量子躍遷”。

而到了1925年，維爾納·海森堡終於為這個新理論列出了方程，從而取代了整個牛頓力學。不過海森堡所依據的理念是非常讓人暈頭轉向的。

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維爾納·海森堡

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海森堡說，電子並非一直存在，只有在人看到它們時，或者更確切地說，只有和其他東西相作用的時候，它們才會存在。當它們與其他東西相撞時，就會以一個可以計算的概率在某個地方出現。從一個軌道到另一個軌道的“量子躍遷”是它們現身的唯一方式：一個電子就是相互作用下的一連串跳躍，如果沒有受到打擾，電子就沒有固定的棲身之所，它甚至不會存在於一個所謂的“地方”。

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在海森伯等人建立了量子矩陣力學的同時，同是的諸位物理學大神不斷為量子理論添磚加瓦，德布羅意提出“物質波”概念，即一切物質粒子均具備波粒二象性，薛定諤建立了量子波動力學。直到1928年，英國物理學家狄拉克完成了矩陣力學和波動力學之間的數學等價證明，對量子力學理論進行了系統的總結，並將兩大理論體系——相對論和量子力學成功地結合起來，揭開了量子場論的序幕。

直到今天，一個多世紀過去了，量子力學的方程以及用他們得出的結果每天都被應用在物理、工程、化學、生物乃至更廣闊的領域中。量子力學對於當代科學的整體發展有著至關重要的意義。沒有量子力學基礎，就不會製造出激光器，就不會有處理器、存儲器，也不會有納米材料、超導材料等等新型材料，可以說沒有量子力學，就不會有今天的信息時代。

但我們也還停留在原點，量子力學的方程對我們依然十分神秘，因為它並不描述一個物理系統內發生了什麼，而只說明一個物理系統是如何影響另外一個物理系統的。這是否意味著系統的真是存在是無法被描述的？是否意味著我們還缺少一塊拼圖？或者，是否意味著我們要接受“所謂的真實是相互作用造成的”？

但有一點可以確認，目前沒有任何生命現象被確認存在量子效應。一些生命現象被猜測可能存在量子效應，但那只是一部分人的假說，從未被證實。宗教、迷信樂意拿量子概念為靈魂、心靈感應拼湊存在的理由；神棍、保健品騙子樂意用量子去“解釋”生命現象，並製造出價格不菲的“量子保健”器材。這些都是騙人的，因為它們統統與量子無關。

吳克思

最初我們對自然界的認知是建立在牛頓那些人建立的經典物理學的世界裡面，在宏觀的世界中，我們能夠用肉眼所見的物理現象差不多都能夠得到解答，類似萬有引力、自由落體這些基本物理原理，我們已經可以對某些事物的情況進行精確的計算，但是自從電燈泡被髮明之後，我們就對發熱物體表現出來的光比較迷惑，那就是為啥加熱的燈絲可以發射出紅黃光和白光，卻沒有進一步出現藍光和紫光呢，光譜分析所得到的藍紫光也比較少，那麼究竟加熱物的溫度與光有什麼聯繫，這些都是以前的物理所不能解釋的。

帶著這個問題，馬克斯·普朗克採用了黑體輻射器對溫度和光的頻率進行了研究，並在1900年發表了《論正常光譜能量分佈定律的理論》，得出了黑體輻射定律，並提出了最小能量源E這個概念，首次表明了能量的不連續性結果，這成為普朗克的能量量子化假說開端，也為將來量子學發展埋下了伏筆，不過這一理論與當初認為的能量均分定理相違背，所以他的理論僅被當時的人當做茶餘飯後談論的話題，幾乎沒多少人拿這當回事，僅在做實驗的時候拿的他理論來使用一下。

不過對這個能量E真正解釋清楚的是愛因斯坦，因為當時世界已經發現了光電效應這種現象，但是按照傳統物理學的理論，光是一種連續的電磁波，理論上只要提供足夠強度的光對金屬表面照射，就可以讓電子脫離金屬表面，然而事實上這種現象的發生僅與光的頻率有關，而與其強度無關，這無疑給了物理界澆了一盆冷水，而愛因斯坦在普朗克能量量子的假設下，巧妙的將光解釋成為粒子，或者叫“光量子”，每一個光子的能量都與其頻率成正比，能量為hv，頻率越高，能量越大，於是可以打出的電子就越多，這最終解釋了光電效應的問題，同時也解釋清楚了E的問題，也使得人們對光的認知進入了一個新的時代。

十九世紀和二十世紀是一個科技爆炸的年代，同一時期與量子相關的還有原子光譜的問題，那就是將稀有氣體放在一根玻璃管中通入高壓電，裡面的氣體就會發光，而將其光用分光鏡分離的時候，就出現了非常確定的分立光譜線條，請注意，是非常確定，這實驗結果與其他光源光譜出現的連續分佈光譜不同，人家呈現出均勻分佈的帶狀，而它則是分立的線條狀，這個問題困擾著當時的科學家。

而當時的物理界已經認為原子組成是由原子核和電子組成的，按照當時的經典物理學理論，這些光是電子運動輻射出來的，而且根據能量均勻分佈定理，預測光譜應該是均勻分佈的，而且按照經典物理學也揭示電子會最終掉進原子核中，但是現實的情況是原子一直非常的穩定，並不會出現電子最終掉進原子核的情況，而且光譜分析出現的是分立的線條光譜，經典的物理學理論是無法對其進行解釋的，最終波爾在這些問題的基礎上提出電子軌道說，他首次指出電子是在特定軌道上運行的，每變換一個軌道就輻射出對應的能量，這些能量是不連續的，並且不可細分，這種現象就是目前我們都知道的量子躍遷現象。

這些新興的理論提出無疑在挑戰著當時的經典物理學，因為他們想象不到在微小的事物上會有這樣的問題，如果你覺得量子學說在此就完結的話，那麼接下來要講的就會一舉打破你對傳統事物的認知範圍，這就是著名的電子雙縫實驗。最初我們都認為電子是一個個體，所以它在穿過孔洞的時候應該是和普通球體穿過孔洞一樣的，例如無數電子穿過一條縫的時候，打在背後的屏幕上就應該是一條線，而穿過兩條縫隙的時候就是兩條線才對，但是實驗中，電子束在穿過兩條縫隙的時候則表現出了波的特性，在屏幕背後出現了明暗間隔的條紋，這是波才具有的干涉現象，如果你認為可能是電子束中的電子非常的擁擠造成的現象，那麼好，實驗則改為發射單個電子繼續實驗，最初打過去的電子一個則會顯示一個，於是打過去無數多個電子之後，同樣的現象發生了，依舊是波的干涉現象，這裡就出現了一個非常大的問題，那就是電子原本是個粒子，打過去的粒子一個則是一個，為啥會出現干涉的現象呢，唯一的解釋就是同時出現了兩個電子在縫中穿過，和波的干涉原理一樣，兩縫同時有波穿過才能互相干涉形成條紋，這就意味著電子在穿過縫細前是先變成兩個電子，然後穿過縫細後再互相干涉變成一個的，而這種現象同時也出現在了現今的單光子雙縫實驗一樣，粒子怎麼會突然間表現出波的性質呢。

如果你覺得一定是實驗無法發射單個電子或者光子做實驗的話，那麼請繼續往下看，接下來的這個實驗就非常的離奇了，當科學家們希望採用科學儀器探測單個粒子穿過縫隙來研究粒子具體怎麼穿過縫細的，神奇的事情發生了，波的干涉條紋消失了，留下的是一個雙縫條紋，這一實驗結果即使是留在現今我們也是大惑不解，觀測直接可以影響結果的實驗，看得出電子類似一種有意識的事物，當你觀測的時候表現就像普通粒子一樣，當你不觀測的時候就表現出波的性質，這就像《三體》講到的用質子鎖死地球科技一樣，這一結果讓我們對世界產生了懷疑，我們這個世界是真實的嗎？

目前為止對此解釋的比較準的就是波動學說，其中著名的薛定諤方程就是代表之一，他表示這些電子其實就是概率波，電子打過去之後具體落在哪由概率決定，因此事先我們都是不能知道具體的電子情況的，具有概率性和不確定性。

至於之後的量子糾纏算了不說了，累，量子用目前的解釋來講，就是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，通俗地說，量子是能表現出某物質或物理量特性的最小單元。

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關鍵字: 量子 科學 物理

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