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“量子”到底是什么东西?这篇科普文告诉你!

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上个世纪是人类科学技术突飞猛进的时代。具体到物理上,人类建立个两大科学支柱,一个是爱因斯坦那著名的相对论,另一个便是由众多科学家一起努力而筑建的量子力学!

或许,你认为量子力学距离你的生活很遥远,但这只不过是你的误解而已!事实上,我们如今所应用的所有科技产品几乎都涵盖了量子力学。在现代,量子力学的应用程度远远大于相对论。因为我们通常认为相对论是爱因斯坦一个人的成果,所以,个人英雄主义的光辉形象就会让相对论深刻的扎根在人们的脑海中,也就导致了相对论的知名度大于量子力学。但事实上,量子力学在目前的科学应用方面远大于相对论。 相对论效应更多的是在接近光速的情况下很实用,但是我们生活却远远小于光速。

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量子力学是研究微观世界的一门科学理论。这么说吧,世间万物都是由基本的原子,电子等基本粒子构成。你或许经常听说,电子,原子,质子,中子等等粒子。那些粒子就是构成我们宏观世界的最基本粒子。你或许听到“量子”二字几乎都是和量子力学,量子通信,或者量子纠缠连在一起的。但是“量子”到底是什么东西?它比电子,原子还小吗?

其实量子只是一个物理概念而已,并不是具体的实在粒子。我们知道电磁波的传播子就是光子,所以光子也就是电磁波的量子,也就是光量子,简称光子。因为我们知道,光子是构成电磁波的最基本的单位,所以就是量子的。其实任何物质都是由一个最基本,不可再分的单位构成,而这个最基本的单位就是这个物质的量子。

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量子概念的提出很有意思,一开始普朗克发现了黑体辐射的不连续性不能通过经典力学来解释。通俗一点说,就是一个完全黑的东西,这个完全黑的东西会吸收一切光线。但是科学家发现,光被黑体吸收不是连续的。因为人们一开始不知道光是由光子构成的,所以黑体吸收光线应该是连续的。但是实验数据却表明,黑体吸收光线是一份一份的,并不是连续的。之后的爱因斯坦推广了量子化概念,认为一束光是一个个光子构成的,并且一份份的被黑体吸收。爱因斯坦继承了普朗克的量子概念,并成功解释了光电效应。 所以我们可以发现,光子这种东西就是光的量子。

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黑体吸收光线之所以不是连续的,是因为光子是一个个具体的实在粒子,所以它们会一份份的被黑体吸收。黑体辐射的不连续性,就体现在光是由光量子(光子)构成了。正是因为光子是一个个粒子,所以它们被黑体吸收只能一个个挨着来,所以就不是连续的了!

其实水分子也可以叫做是水的量子,因为水是由水分子这个基本单位构成的。但是我们一般常认为是量子的东西是光子,这是不仅因为光子在现代科学的重要性,更由于前辈们最早提出量子的概念是通过思考光的本质而得来的!



原文发布时间为:2017.09.09
本文作者:科学认识论
本文来源:简书,如需转载请联系原作者。

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