量子到底是什麼概念?是統稱,還是特指某一種粒子

時間 2021-08-11 18:18:37

1樓:春夢無痕話春夢

量子力學的誕生絕非是一種偶然,而是物理學發展的必然結果,因為在19世紀末期,由伽利略、牛頓構建的經典力學物理體系趨於完善,物理學家一度認為世界上所有的事情都可以使用經典力學去解釋,直到乙個全新的微觀粒子世界出現在物理學家的面前,物理學家們驚訝的發現:在微觀粒子世界,微觀粒子運動與巨集觀世界截然不同,如果使用經典力學去解釋微觀世界的粒子運動、現象的話,那麼經典力學就會變得十分荒謬與乏力,於是物理學界急需要一種全新的物理理論去探索微觀粒子世界,於是量子力學誕生了。

量子力學在20世紀初由蒲朗克、玻爾、愛因斯坦等多位著名的物理學家共同建立,主要是用來研究微觀粒子運動規律的一門物理學分支,微觀粒子其實包括很多種:原子、中子、質子、電子等等,但在這份微觀粒子的名單中,唯獨沒有「量子」這種微觀粒子的存在。

首先來說:量子並不是一種實在的粒子,也就是說量子與原子、質子、中子不同,量子是物理學家人為創造的一種物理概念。

說起量子,我們就不得不提到德國一位偉大的物理學家:蒲朗克,他被譽為量子力學的奠基人,量子這一概念最早就是由蒲朗克率先提出的,在2023年,蒲朗克在研究黑體能量輻射的時候,蒲朗克經過多次實驗、計算都無法得出黑體能量輻射問題背後的真相,在一次偶然的機會,蒲朗克提出了這樣乙個驚人的假設:蒲朗克假設能量的傳遞並不是連續不斷、可以無限被分割的,能量是一段、一段進行傳遞的,這種假設在當時看起來十分荒誕,但正是這個看起來十分不靠譜的假設卻成功的解釋了黑體輻射的問題。

要知道能量傳遞是連續的,這是幾百年物理學屆的乙個共識、或者說是乙個定論,它就好像人餓了需要吃飯一樣不可動搖,但幾百年過去後,這樣乙個被奉為真理的定論卻無法解釋一些微觀世界的現象,於是蒲朗克經過慎重的思考提出了乙個全新的概念:能量的傳遞存在最小單位,即能量不可以被無限的分割,能量的傳遞實質上是由一段、一段的最小單位作用而成的,這一段、一段的最小單位就是能量子,後來被統一稱為:量子,這就是量子最初的概念,即能量的最小單位。

於是普朗特經過計算得出乙個常數,即蒲朗克常數,h=6.62606896(33×10^(-34) j·s,蒲朗克常數意味著能量的最小單位被數學化,通過蒲朗克常數的變形,我們又可以得出蒲朗克時間、蒲朗克長度,分別代表著時間的最小單位、長度的最小單位。

後來物理學家們通過實驗發現,不單單能量存在最小單位,像角動量、自旋等物理量也存在著最小單位,即角動量、自旋等這些物理量都是可以量子化的,物理學家們基於量子的概念建立了量子力學。

2樓:多維達人

量子是一種表示單位。物理量中最小的不可分割單位稱為量子,屬於最小單位描述的領域,不是一種粒子。

量子,是什麼概念,誰能通俗的講一下!

3樓:匿名使用者

量子定義;乙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。在物理學中,指乙個不可分割的基本個體。其基本概念為所有的有形性質是可量子化的,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。

通俗的來說,按物理運動規律的不同,將遵從經典運動規律(牛頓力學,電磁場理論)的那些物質所構成的世界稱為「經典世界」,將遵從量子力學規律的那類物質所構成的世界稱為「量子世界」,「量子」就是量子世界中物質客體的總稱。

它既可以是光子、電子、原子、原子核、基本粒子等微觀粒子,也可以是bec、超導體、「薛丁格貓」等巨集觀尺度下的量子系統,其共同特徵就是必須遵從量子力學的規律。

量子兩個特性;微粒性,科學上將10的負8次方以下的微觀世界稱為量子力學,在這個研究範圍的理論結果與傳統物理學理論是完全不一樣的。高頻共振特性,量子每秒鐘可以達到上億次的高頻震動,並和人體的體液以及細胞核外電子產生共振,達到剝離人體細胞毒素。

擴充套件資料;

量子力學就是在克服早期量子論的困難和侷限性中建立起來的,在蒲朗克—愛因斯坦的光量子論和玻爾的原子論的啟發下,法國物理學家l.德布羅意分析了光的微粒說與波動說的發展歷史,並注意到幾何光學與經典粒子力學的相似性,根據模擬方法設想實物(靜質量m≠0的)粒子也和光一樣。

具有波粒二象性,且這兩方面必有類似的關係相聯絡,而蒲朗克常數必定出現在其中。他假定與一定能量e和動量p的實物粒子相聯絡的波(稱為「物質波」)的頻率和波長分別為 ν=e/h,λ=h/p,稱為德布羅意關係式。

4樓:匿名使用者

就以雷射為例吧:

我們都知道,高能雷射可以熔化金屬。

那麼問題來了:雷射對金屬的加熱是連續的嗎?

從巨集觀上看,雷射對金屬的加熱顯然是連續的:金屬溫度是1°c、1°c慢慢地「平滑」地增加上去的,表現在數學上則是:金屬的溫度和雷射賦予金屬的能量之間的關係隨雷射功率的變化構成了一根平滑的曲線。

但是,當我們把金屬被加熱1°c的過程不斷細分,即將雷射賦予金屬的能量的單位不斷細分的時候,我們能把這個過程最終拆分到以1個光子對金屬加熱的溫度增量為單位,再往下顯然就沒法再拆了,因為正常情況下你根本沒法拆掉單一的光子。

此時,上面那根曲線就不再平滑而是變成了台階狀,每個台階代表著乙個光子帶給金屬的能量,即,金屬接受能量的度量單位是1個光子且無法繼續拆分!而光子就是微觀狀態下考察雷射加熱金屬的量子(作為終極計量單位的粒子)。

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量子力學很高階,看不懂?今天就用最通俗的說法給你整明白!

歸零者我們都知道《相對論》與《量子力學》作為近代物理學的兩大支柱,這兩大理論的提出圓滿解釋了20世紀的兩多烏雲:「麥克爾遜莫雷實驗」與「黑體輻射」。

相對論的創立者是愛因斯坦,2023年愛因斯坦在德國的《物理學年鑑》上發表了劃時代的科學**《論運動物體的電動力學》,「相對論」問世,首次提出了相對時空觀。「相對論」分為「狹義相對論」與「廣義相對論」,主要區別在於是否考慮萬有引力。

《量子力學》主要是研究微觀粒子,這一學科的奠基人是蒲朗克,他首先提出了"能量子"的概念。同時愛因斯坦受到啟發,提出了"光量子"概念,圓滿解釋了"光電效應",在爾後還有許許多多的科學家,比如:狄拉克方程、海森伯不確定性原理、德布羅意(物質波)、玻爾、玻恩、薛丁格等,他們共同建立了這樣的理論。

對於大部分來說,相對論可以算是相對來說比較容易理解的,量子力學就讓人一頭霧水了,唯心主義?今天我們就來用最通俗的說法來了解一下「量子」!

量子的波粒二象性

看到「量子」這個詞,許多人在「不明覺厲」之餘,第一反應就是把它理解成某種粒子。但是只要是上過中學的人,都知道我們日常見到的物質是由原子組成的,原子又是由原子核與電子組成的,原子核是由質子和中子組成的。那麼量子究竟是個什麼鬼?

難道是比原子、電子更小的粒子嗎?

其實不是。量子跟原子、電子根本不能比較大小,因為它的本意是乙個數學概念。正如「5」是乙個數字,「3個蘋果」是乙個實物,你問「5」和「3個蘋果」哪個大,這讓人怎麼回答?

正確的回答只能是:它們不是同一範疇的概念,無法比較。

量子這個數學概念的意思究竟是什麼呢?就是「離散變化的最小單元」。

什麼叫「離散變化」?我們統計人數時,可以有乙個人、兩個人,但不可能有半個人、1/3個人;我們上台階時,只能上乙個台階、兩個台階,而不能上半個台階、1/3 個台階。這些就是「離散變化」。

對於統計人數來說,乙個人就是乙個量子。對於上台階來說,乙個台階就是乙個量子。如果某個東西只能離散變化,我們就說它是「量子化」的。

跟「離散變化」相對的叫做「連續變化」。例如你在一段平路上,你可以走到1公尺的位置,也可以走到1.1公尺的位置,也可以走到1.

11公尺的位置,如此等等,中間任何乙個距離都可以走到,這就是「連續變化」。

顯然,離散變化和連續變化在日常生活中都大量存在,這兩個概念本身都很容易理解。那麼,為什麼「量子」這個詞會變得如此重要呢?

因為人們發現,離散變化是微觀世界的乙個本質特徵。

微觀世界中的離散變化包括兩類,一類是物質組成的離散變化,一類是物理量的離散變化。

先來看第一類,物質組成的離散變化。例如光是由乙個個光子組成的,你不能分出半個光子、1/3個光子,所以光子就是光的量子。陰極射線是由乙個個電子組成的,你不能分出半個電子、1/3個電子,所以電子就是陰極射線的量子。

在這種情況下,你似乎可以拿量子去跟原子、電子比較了,但這並沒有多大意義,因為它是隨你的問題而變的。原子、電子、質子、中子、中微子這些詞本身就對應某些粒子,而量子這個詞在不同的語境下對應不同的粒子(如果它對應粒子的話)。並沒有某種粒子專門叫做「量子」!

再來看第二類,物理量的離散變化。例如氫原子中電子的能量只能取-13.6 ev(ev 是「電子伏特」,一種能量單位)或者它的1/4、1/9、1/16 等等,總之就是-13.

6 ev除以某個自然數的平方(-13.6/n^2 ev,n可以取1、2、3、4、5等),而不能取其他值,例如-10 ev、-20 ev。我們不好說氫原子中電子能量的量子是什麼(因為不是等間距的變化),但會說氫原子中電子的能量是量子化的,位於乙個個「能級」上面。

每一種原子中電子的能量都是量子化的,這是一種普遍現象。

發現離散變化是微觀世界的乙個本質特徵後,科學家創立了一門準確描述微觀世界的物理學理論,就是「量子力學」。現在你可以明白,這個名稱是怎麼來的,它其實是為了強調離散變化在微觀世界中的普遍性。量子力學出現後,人們把傳統的牛頓力學稱為「經典力學」。

對普通民眾來說,量子力學聽起來似乎很前沿。但對相關專業(物理、化學)的研究者來說,量子力學是個很古老的理論,已經超過乙個世紀了!

量子力學的起源是在2023年,德國科學家蒲朗克(max planck)在研究「黑體輻射」問題時,發現必須把輻射攜帶的能量當作離散變化的,才能推出跟實驗一致的公式。在此基礎上,愛因斯坦(albert einstein)、玻爾(niels h. d.

bohr)、德布羅意(louis v. de broglie)、海森堡(werner k. heisenberg)、薛丁格(erwin r.

j. a. schrdinger)、狄拉克(paul a.

m. dirac)等人提出了乙個又乙個新概念,一步一步擴充套件了量子力學的應用範圍。到2023年代,量子力學的理論大廈已經基本建立起來,能夠對微觀世界的大部分現象做出定量描述了。

現在,你即使不知道量子力學的具體內容,至少知道「量子」這個詞的意思了吧?

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