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什么是“量子”?

时间:2018-07-04 14:57来源:中国科普博览 作者:未知
  什么是“量子”?它和“原子”、“电子”、“中子”这些客观存在的粒子一样也是某一种物质实体吗?答案是否定的。“量子”不是一种粒子,在物理学中提到“量子”时,我们实际上指的是微观世界的一种行为倾向:物质或者说粒子的能量和其他一些性质(统称为可观测物理...
  什么是“量子”?它和“原子”、“电子”、“中子”这些客观存在的粒子一样也是某一种物质实体吗?答案是否定的。“量子”不是一种粒子,在物理学中提到“量子”时,我们实际上指的是微观世界的一种行为倾向:物质或者说粒子的能量和其他一些性质(统称为可观测物理量)都倾向于不连续地变化。
  例如,我们说一个“光量子”,是因为一个光量子的能量是光能量变化的最小单位,光的能量是以光量子的能量为单位一份一份地变化的。其他的粒子情况也是类似的,例如,在没有被电离的原子中,绕核运动的电子的能量是“量子化”的,也就是说电子的能量只能取特定的离散的值。只有这样,原子才能稳定存在,我们才能解释原子辐射的光谱。不仅能量,对于原子中的电子,角动量也不再是连续变化的。
  量子物理学告诉我们,电子绕原子核运动时也只能处在一些特定的运动模式上,在这些模式上,电子的角动量分别具有特定的数值,介于这些模式之间的运动方式是极不稳定的。即使电子暂时以其他的方式绕核运动,很快就必须回到特定运动模式上来。实际上在量子物理学中,所有的物理量的值,都可能必须不连续地、离散地变化。这样的观点和经典物理学的观点是截然不同的,在经典物理学里所有的物理量都是连续变化的。
  上世纪初,物理学家普朗克最早猜测到微观粒子的能量可能是不连续的。但要坚持这个观点,就意味着背叛经典物理学。保守的普朗克最终放弃了这个观点,对于他个人这是一件极为遗憾的事。然而,大量的实验事实迫使物理学界迅速地接受这样的观点,将其发展起来,并结合其他一些公设如“量子态叠加原理”、“概率性测量原理”等,建立了如今的量子物理科学。


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(责任编辑:张雪)

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