遇事不決量子力學,量子究竟是什麼?一文搞懂,拒絕被坑

原子、質子、電子都是構成物質的實物粒子,可量子卻不是粒子,它是一種物理概念,不是實物。

在微觀世界中,某些物理量的變化不是連續的,只能以最小單位的倍數跳躍式改變,這個最小的單位就叫做量子。

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量子不是粒子,只是不連續變化中的最小單位

事物是無限可分的嗎?一尺,日取其半,萬世不竭。古人很早就想到了這點,認為事物可以無限細分。可當時古人也不知道微觀世界究竟是什麼樣子的,那麼也無法驗證這個觀點。

數學是物理研究的好幫手。在數學世界,一個數軸上可以填充無數個實數,一米長的線段,理論上可以分成無數個小線段。那現實的物理世界也是這樣的嗎?

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科學家發現,並非如此。這個世界並沒有像數學中描述的那樣,具有無限小、無限可分的概念。事物只能分成有限個部分,並且存在最小的單元,這個世界不是連續的。一堵看似密不透風的牆,實際上是有許許多多的微粒構成的,並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。經典物理學一般可以很好地描述為宏觀世界中的物質運動,經典力學認為物質的運動變化是連續的,比如行星的運動,它的運動軌跡是連續的。可經典力學卻無法描述微觀世界(原子及亞原子尺度)中的物質運動。為了描述微觀世界中的物理規律,於是便誕生了量子力學。

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量子概念是普朗克於1900年為了解決黑體輻射問題而提出來的,普朗克認為,存在一個最小的能量單位,每一份能量的大小隻能是基本單位的倍數,那麼物體也只能一份一份的吸收或者輻射能量,由此推匯出的理論資料與實驗相當吻合。這便是能量這個物理量的量子化,能量的取值由連續任意變成離散特定,並且存在一個最小值,其它值只能是最小值的倍數。

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1905年,愛因斯坦繼承了普朗克能量子的觀點,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,每個光子都攜帶著一份特定的能量。光的能量是一份一份的,物質與光的相互作用也是一份一份的,這成功解釋了光電效應。

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物質的運動變化是不連續的,那麼當我們用物理量描述這些變化時,物理量就不能連續任意的取值,只能是一系列特定的分立值,是離散的。

經典物理學認為能量是連續且均勻分佈著的,可微觀世界中不僅能量是不連續分佈的,粒子的自旋、電荷等物理量也是這樣子的。這些物理量的值都是離散的,都存在一個最小的基本單位。這個最小且不可分割的基本單位就叫做量子,物理量取值的離散化,便是物理量的量子化。

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不僅能量存在最小單位,長度、時間等也具有最小單位,分別是普朗克長度、普朗克時間。這意味著時空並不是無限可分的,事物的運動變化從宏觀上看是連續的,但實際上並不是連續的。經典物理學中的連續變化變成不連續變化,這挑戰了傳統的觀念,掀起了一場物理學的革命。

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量子力學描述的世界便是量子世界。在量子世界中,有很多不符合直覺的現象。比如:不確定性、波粒二象性、量子糾纏、量子隧穿等等。遇事不決,量子力學,說的便是量子世界中的隨機性。在微觀世界中,原子及亞原子尺度的量子效應最為顯著,而到了宏觀世界,這些量子效應因為量子退相干,已經消失得無影無蹤了。

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量子計算機、量子通訊離我們的生活很遠,但智慧手機卻離我們很近。因為量子力學的誕生,才有了半導體、鐳射,才出現了資訊時代。

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至於那些帶著“量子”二字的生活品,比如量子水、量子襪、量子項鍊、量子防輻射手機貼膜,這些是打著量子概念忽悠人的,請直接無視,避免被坑。

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