量子是什么?

看到「量子」二字,很多人都以为它和原子、分子一样,是一种粒子。但这里,我要纠正一个误区:量子不是粒子。

看到「量子」二字,很多人都以为它和原子、分子一样,是一种粒子。

但这里,我要纠正一个误区:量子不是粒子。

量子不以实体形式存在。

换句话说,没有哪个物质叫做「量子」。

那我们平时说的「量子」、「量子力学」是什么呢?

我们只要看看身边的楼梯就懂了——两层楼之间,人站的高度,在0米和3米之间,虽然可以是连续的,但你若站在楼梯上,就只能有有限个可能的高度。

量子是什么?

两层楼之间的高度虽然是连续的,但楼梯的高度是离散的

要么20cm,要么40cm、60、80……,而不会有13.2厘米这样的高度。

换句话说,你所站位置的高度是一份一份增加的。每一份的大小都是确定的、不能随意选择的。

把一个数值变为离散、分立的量,就是「量子化」。

量子是什么?

氢原子的电子云分布。它只有特定的一系列电子云结构,对应的能量是离散、不连续的。

以前,人们认为氢原子外部的电子轨道和太阳系的轨道一样,可以处在任何半径处,所以电子所带的能量也是连续的。然而,氢原子的离散光谱是无法用连续半径的轨道所解释的。同时,这样的轨道会使得电子向外辐射能量,从而很快坠入原子核。

所以,科学家提出了「轨道量子化」的概念。认为轨道对应的角动量不是任意选取的,而是某个值的整数倍。这就是量子化。

后来根据薛定谔方程,我们可以准确求解氢原子的电子云的能量,得到的结果也同样是离散、分立的。

虽然后来量子力学的发展远远超出了离散、分立的范畴,但若要谈及「量子」这个词的来源,还需要从这里看起。

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