原子、質(zhì)子、電子都是構(gòu)成物質(zhì)的實(shí)物粒子,可量子卻不是粒子,它是一種數(shù)學(xué)概念,不是實(shí)物。
在微觀世界中,個(gè)別數(shù)學(xué)量的變化不是連續(xù)的,只能以最小單位的倍數(shù)跳躍式改變,這個(gè)最小的單位就稱作量子。
量子不是粒子,只是不連續(xù)變化中的最小單位
事物是無限可分的嗎?一尺之棰,日取其半,萬世不竭。古人很早就想到了這點(diǎn),覺得事物可以無限細(xì)分。可當(dāng)時(shí)古人也不曉得微觀世界到底是哪些樣子的,這么也難以驗(yàn)證這個(gè)觀點(diǎn)。
物理是數(shù)學(xué)研究的好幫手。在物理世界,一個(gè)數(shù)軸上可以填充無數(shù)個(gè)實(shí)數(shù)量子物理學(xué)入門知識(shí),一米長(zhǎng)的線段,理論上可以分成無數(shù)個(gè)小線段。那現(xiàn)實(shí)的數(shù)學(xué)世界也是這樣的嗎?
科學(xué)家發(fā)覺,并非這么。這個(gè)世界并沒有像物理中描述的那樣,具有無限小、無限可分的概念。事物只能分成有限個(gè)部份,而且存在最小的單元,這個(gè)世界不是連續(xù)的。一堵看似密不漏風(fēng)的墻,實(shí)際上是有許許多多的微粒構(gòu)成的,而且存在一些很小的不可分割的基本粒子。
世界有宏觀和微觀之分。精典數(shù)學(xué)學(xué)通常可以挺好的描述為宏觀世界中的物質(zhì)運(yùn)動(dòng),精典熱學(xué)覺得物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)變化是連續(xù)的,例如行星的運(yùn)動(dòng),它的運(yùn)動(dòng)軌跡是連續(xù)的。可精典熱學(xué)卻難以描述微觀世界(原子及亞原子尺度)中的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)。為了描述微觀世界中的數(shù)學(xué)規(guī)律,于是便誕生了量子力學(xué)。
量子概念是普朗克于1900年為了解決宋體幅射問題而提出來的,普朗克覺得,存在一個(gè)最小的能量單位,每一份能量的大小只能是基本單位的倍數(shù),這么物體也只能一份一份的吸收或則幅射能量,由此推導(dǎo)入的理論數(shù)據(jù)與實(shí)驗(yàn)相當(dāng)吻合。這便是能量這個(gè)數(shù)學(xué)量的量子化,能量的取值由連續(xù)任意弄成離散特定,而且存在一個(gè)最小值,其它值只能是最小值的倍數(shù)。
1905年量子物理學(xué)入門知識(shí),愛因斯坦承繼了普朗克能量子的觀點(diǎn),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,每位光子都攜帶著一份特定的能量。光的能量是一份一份的,物質(zhì)與光的互相作用也是一份一份的,這成功解釋了光電效應(yīng)。
物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)變化是不連續(xù)的,這么當(dāng)我們用數(shù)學(xué)量描述這種變化時(shí),數(shù)學(xué)量就不能連續(xù)任意的取值,只能是一系列特定的分立值,是離散的。
精典數(shù)學(xué)學(xué)覺得能量是連續(xù)且均勻分布著的,可微觀世界中除了能量是不連續(xù)分布的,粒子的載流子、電荷等化學(xué)量也是這樣子的。這種化學(xué)量的值都是離散的,都存在一個(gè)最小的基本單位。這個(gè)最小且不可分割的基本單位就稱作量子,數(shù)學(xué)量取值的離散化,便是化學(xué)量的量子化。
除了能量存在最小單位,厚度、時(shí)間等也具有最小單位,分別是普朗克厚度、普朗克時(shí)間。這意味著時(shí)空并不是無限可分的,事物的運(yùn)動(dòng)變化從宏觀上看是連續(xù)的,但實(shí)際上并不是連續(xù)的。精典化學(xué)學(xué)中的連續(xù)變化弄成不連續(xù)變化,這挑戰(zhàn)了傳統(tǒng)的觀念,掀起了一場(chǎng)數(shù)學(xué)學(xué)的革命。
量子熱學(xué)描述的世界便是量子世界。在量子世界中,有好多不符合直覺的現(xiàn)象。諸如:不確定性、波粒二象性、量子糾纏、量子隧穿等等。遇事不決,量子熱學(xué),說的便是量子世界中的隨機(jī)性。在微觀世界中,原子及亞原子尺度的量子效應(yīng)最為明顯,而到了宏觀世界,這種量子效應(yīng)由于量子退相干,早已消失的無影無蹤了。
量子計(jì)算機(jī)、量子通訊離我們的生活很遠(yuǎn),但智能手機(jī)卻離我們很近。由于量子熱學(xué)的誕生,才有了半導(dǎo)體、激光,才出現(xiàn)了信息時(shí)代。
至于這些帶著“量子”二字的生活品,例如量子水、量子襪、量子耳環(huán)、量子防幅射手機(jī)貼膜,那些是打著量子概念誤導(dǎo)人的,請(qǐng)直接無視,防止被坑。