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量子是什么概念谁能通俗的讲一下!

发布时间:2019-10-02 13:08 来源:未知 编辑:admin

  我想问的问题是:量子,和我们物理上学过的物质组成的微粒(分子,原子等)是不是同一个概念?

  如果不是,那量子又是代表什么?一个规定单位?难道是将一定数量的微粒(分子,原子等),规定为一个量子?比如说:十个铁原子,为一个铁量子?

  量子学提出后,提出了能量运动不是连续的,我实在无法理解,比如:我给了某人一巴掌,理论上来说,我的手应该是连续的动作,直到打在对方的脸上,难道这样一个动作,不是连续的,而是无数个断断续续?那断断续续之间的部分,又该用什么来解释?展开我来答

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  量子定义;一个物理量如果存在最小的不可分割的基本单位,则这个物理量是量子化的,并把最小单位称为量子。在物理学中,指一个不可分割的基本个体。其基本概念为所有的有形性质是可量子化的,通俗地说量子是能表现出某物质或物理量特性的最小单元。

  通俗的来说,按物理运动规律的不同,将遵从经典运动规律(牛顿力学,电磁场理论)的那些物质所构成的世界称为“经典世界”,将遵从量子力学规律的那类物质所构成的世界称为“量子世界”,“量子”就是量子世界中物质客体的总称。

  它既可以是光子、电子、原子、原子核、基本粒子等微观粒子,也可以是BEC、超导体、“薛定谔猫”等宏观尺度下的量子系统,其共同特征就是必须遵从量子力学的规律。

  量子两个特性;微粒性,科学上将10的负8次方以下的微观世界称为量子力学,在这个研究范围的理论结果与传统物理学理论是完全不一样的。高频共振特性,量子每秒钟可以达到上亿次的高频震动,并和人体的体液以及细胞核外电子产生共振,达到剥离人体细胞毒素。

  量子力学就是在克服早期量子论的困难和局限性中建立起来的,在普朗克—爱因斯坦的光量子论和玻尔的原子论的启发下,法国物理学家L.德布罗意分析了光的微粒说与波动说的发展历史,并注意到几何光学与经典粒子力学的相似性,根据类比方法设想实物(静质量m≠0的)粒子也和光一样。

  具有波粒二象性,且这两方面必有类似的关系相联系,而普朗克常数必定出现在其中。他假定与一定能量E和动量p的实物粒子相联系的波(称为“物质波”)的频率和波长分别为 ν=E/h,λ=h/p,称为德布罗意关系式。

  从宏观上看,激光对金属的加热显然是连续的:金属温度是1°C、1°C慢慢地“平滑”地增加上去的,表现在数学上则是:金属的温度和激光赋予金属的能量之间的关系随激光功率的变化构成了一根平滑的曲线。

  但是,当我们把金属被加热1°C的过程不断细分,即将激光赋予金属的能量的单位不断细分的时候,我们能把这个过程最终拆分到以1个光子对金属加热的温度增量为单位,再往下显然就没法再拆了,因为正常情况下你根本没法拆掉单一的光子。

  此时,上面那根曲线就不再平滑而是变成了台阶状,每个台阶代表着一个光子带给金属的能量,即,金属接受能量的度量单位是1个光子且无法继续拆分!而光子就是微观状态下考察激光加热金属的量子(作为终极计量单位的粒子)。

  我们都知道《相对论》与《量子力学》作为近代物理学的两大支柱,这两大理论的提出圆满解释了20世纪的两多乌云:“麦克尔逊莫雷实验”与“黑体辐射”。

  相对论的创立者是爱因斯坦,1905年爱因斯坦在德国的《物理学年鉴》上发表了划时代的科学论文《论运动物体的电动力学》,“相对论”问世,首次提出了相对时空观。“相对论”分为“狭义相对论”与“广义相对论”,主要区别在于是否考虑万有引力。

  《量子力学》主要是研究微观粒子,这一学科的奠基人是普朗克,他首先提出了能量子的概念。同时爱因斯坦受到启发,提出了光量子概念,圆满解释了光电效应,在尔后还有许许多多的科学家,比如:狄拉克方程、海森伯不确定性原理、德布罗意(物质波)、玻尔、玻恩、薛定谔等,他们共同建立了这样的理论。

  对于大部分来说,相对论可以算是相对来说比较容易理解的,量子力学就让人一头雾水了,唯心主义?今天我们就来用最通俗的说法来了解一下“量子”!

  看到“量子”这个词,许多人在“不明觉厉”之余,第一反应就是把它理解成某种粒子。但是只要是上过中学的人,都知道我们日常见到的物质是由原子组成的,原子又是由原子核与电子组成的,原子核是由质子和中子组成的。那么量子究竟是个什么鬼?难道是比原子、电子更小的粒子吗?

  其实不是。量子跟原子、电子根本不能比较大小,因为它的本意是一个数学概念。正如“5”是一个数字,“3个苹果”是一个实物,你问“5”和“3个苹果”哪个大,这让人怎么回答?正确的回答只能是:它们不是同一范畴的概念,无法比较。

  什么叫“离散变化”?我们统计人数时,可以有一个人、两个人,但不可能有半个人、1/3个人;我们上台阶时,只能上一个台阶、两个台阶,而不能上半个台阶、1/3 个台阶。这些就是“离散变化”。对于统计人数来说,一个人就是一个量子。对于上台阶来说,一个台阶就是一个量子。如果某个东西只能离散变化,我们就说它是“量子化”的。

  跟“离散变化”相对的叫做“连续变化”。例如你在一段平路上,你可以走到1米的位置,也可以走到1.1米的位置,也可以走到1.11米的位置,如此等等,中间任何一个距离都可以走到,这就是“连续变化”。

  显然,离散变化和连续变化在日常生活中都大量存在,这两个概念本身都很容易理解。那么,为什么“量子”这个词会变得如此重要呢?

  微观世界中的离散变化包括两类,一类是物质组成的离散变化,一类是物理量的离散变化。

  先来看第一类,物质组成的离散变化。例如光是由一个个光子组成的,你不能分出半个光子、1/3个光子,所以光子就是光的量子。阴极射线是由一个个电子组成的,你不能分出半个电子、1/3个电子,所以电子就是阴极射线的量子。

  在这种情况下,你似乎可以拿量子去跟原子、电子比较了,但这并没有多大意义,因为它是随你的问题而变的。原子、电子、质子、中子、中微子这些词本身就对应某些粒子,而量子这个词在不同的语境下对应不同的粒子(如果它对应粒子的话)。并没有某种粒子专门叫做“量子”!

  再来看第二类,物理量的离散变化。例如氢原子中电子的能量只能取-13.6 eV(eV 是“电子伏特”,一种能量单位)或者它的1/4、1/9、1/16 等等,总之就是-13.6 eV除以某个自然数的平方(-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。我们不好说氢原子中电子能量的量子是什么(因为不是等间距的变化),但会说氢原子中电子的能量是量子化的,位于一个个“能级”上面。每一种原子中电子的能量都是量子化的,这是一种普遍现象。

  发现离散变化是微观世界的一个本质特征后,科学家创立了一门准确描述微观世界的物理学理论,就是“量子力学”。现在你可以明白,这个名称是怎么来的,它其实是为了强调离散变化在微观世界中的普遍性。量子力学出现后,人们把传统的牛顿力学称为“经典力学”。

  对普通民众来说,量子力学听起来似乎很前沿。但对相关专业(物理、化学)的研究者来说,量子力学是个很古老的理论,已经超过一个世纪了!

  量子力学的起源是在1900年,德国科学家普朗克(Max Planck)在研究“黑体辐射”问题时,发现必须把辐射携带的能量当作离散变化的,才能推出跟实验一致的公式。在此基础上,爱因斯坦(Albert Einstein)、玻尔(Niels H. D. Bohr)、德布罗意(Louis V. de Broglie)、海森堡(Werner K. Heisenberg)、薛定谔(Erwin R. J. A. Schrdinger)、狄拉克(Paul A. M. Dirac)等人提出了一个又一个新概念,一步一步扩展了量子力学的应用范围。到1930年代,量子力学的理论大厦已经基本建立起来,能够对微观世界的大部分现象做出定量描述了。

  现在,你即使不知道量子力学的具体内容,至少知道“量子”这个词的意思了吧?

  我举个例子,如果把一个人作为基本单位,那我可不可以说:十个人,就是十量子人?同理,我可不可以说:十量子阶梯?十量子苹果?

  那所谓量子力学,也就是说将“力”细分到最小单位,一量子的“力”,也就是“力”的最小单位咯?追答不对的,

  按照通俗理解,可以认为量子是偏重数学概念,因为现代物理就是以数学为基础,与数学密不可分。数学可以方便抽象及演化各种物理现象——包括未知的、现在仍未观察到的物理现象。所以,大致地,你可把量子的“量”理解为量化客观物质。

  1. 十个人,就是十量子人?同理,我可不可以说:十量子阶梯?十量子苹果?

  十个人,统计学意义上,可以理解成是十量子,也即十个统计单位——而不是物质的人!

  同理,十个阶梯、十个苹果,都是十个统计单位,而不是指客观实在的水泥物体或者植物果实。

  2. 那所谓量子力学,也就是说将“力”细分到最小单位,一量子的“力”,也就是“力”的最小单位咯?

  同样的,这里量子力学也可以理解成数学概念,而不是纯粹的衡量力的单位,如牛顿公斤等,不能那么理解。

  为什么在“力学”前边冠以“量子”呢,是因为这门力学是微观世界的力学,它与宏观世界不同。

  拿原子的电子能级轨道举例来说,电子能量变化是“跃迁”式的,就是文中说的:

  电子从低能级跳到高能级,要么能量变为原先的4倍,要么9倍,要么16倍...,变为原先的1.2倍,2倍,2.6倍,3倍,3.25倍或者10倍是不存在的。

  这就是离散变化,离散是相对“连续”来说的。相对来说,4倍,9倍,16倍,25倍...,就是离散变化,而1.1倍,2.3倍,2.4倍,10.1倍这样的,可以理解成“连续变化”,或者说平滑变化。

  不变则以,一变就是固定“量级”,这就是量子的特征。至于“力学”,在微观的世界中,电与磁、光与重力场都属于力学范畴,量子力学就是用量子的数学概念来研究这些力学现象。这有别于宏观世界无处不在的“渐变”,比方常用的电磁铁,可以把电磁力转化成公斤衡量的力,大约常用的控制机构可以精确地调节电磁场强度达到到0.1公斤级别的吸力精确控制。但是对于微观世界,0.1公斤就是各非常非常巨大的概念了,若把“电子伏特”类比于0.1公斤,就是它的亿分之一乃至十亿分之一了,所以在这个世界里,即便电子的能量是至少4倍的“跳跃式”变化,对于宏观世界来说,也是根本无法察觉的。追问这个离散变化和连续变化的概念我好像看懂了:量子的微观世界,所有变化都是离散变化。都是以固定层级变化的。例如说刚才讲的——用电子伏特控制0.1公斤的磁场,假设设备的精确度非常非常高——再假设而0.1公斤所需的“电子伏特”并非以量子为单位的整数倍,0.099…9公斤或者0.100…1公斤才是它的整数倍。那就是说——我们无法通过设备精确调整至0.1公斤,只能比0.1公斤高出或低一个“电子伏特”量子对吗接上文——只能比0.1公斤高出或低出一个“量级”,可以这样理解吧!

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