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科普:量子力学中的量子指的是什么?量子比电子、夸克还要小吗?

作者: | 发布时间:2019-07-11 01

大家好,欢迎收看量子科普第90期,我是常常,今天和大家聊一聊关于量子力学中提到的“量子”究竟是什么物质?量子是比中子、电子、夸克还要小的微观粒子吗?

喜欢科学领域的读者一定对量子力学这门物理学科并不陌生,大家多多少少都知道量子力学是研究微观量子领域的学科,更准确的说量子力学是:描述描写原子和亚原子尺度的物理学理论,亚原子指的是比原子更小的微观粒子,例如原子核、电子、中子、质子,甚至是夸克,可能说到这里,大家会很奇怪:量子力学,顾名思义,应该是研究量子的学科啊,但是量子力学定义之中提到的原子及亚原子之中并没有“量子”这种物质,量子是要比中子、电子还要小的微观粒子吗?今天就来给大家科普一下:量子力学中的“量子”究竟指的是什么?

首先来说,虽然原子、原子核、中子、电子、夸克等等这些粒子与量子一样都是量子力学的研究范畴,但是这些原子、原子核、中子、电子、夸克等等粒子与量子并不属于同一个范畴,首先来说,原子、原子核、中子、电子、夸克等等这些粒子是客观存在的,是一种物质,而量子本身并不是一种实际存在的粒子,而是物理学家们人为定义的一种物理概念。

就好像我们将地球自转一圈视为一天,那么一天就是一个人为定义的物理量,而地球自转这种运动则是真实存在的,原子与量子就是这种关系。

量子指的是:如果某物理量存在最小的、不能再被分割的基本单位,那么这个物理量就是量子化的,这个最小的基本单位就是量子,量子来自拉丁语,本意是“有多少”的意思,表示:相当数量的某物质,量子这一概念的提出是量子力学区别于经典力学的首次突破。

在宏观世界中,能量是连续、持续变化的,我们可以取它的任意值,但是随着科技的发展,越来越多的现象无法使用经典力学的观点去解释,例如黑体辐射中的能量问题,普朗克发现使用经典力学无法解释这种现象,他发现只有假设在黑体辐射中,能量不连续的,取能量最基本单位的最小整数倍,才能很好的解释这种现象,于是普朗克抛弃了经典力学,提出了一个全新的概念:能量子,简称:量子,普朗克指出:原子是物质的构成单位,而量子则是能量的最小单位。

最早“量子化”这一概念的提出仅仅是针对能量这个物理量,但是随着科学的不断发展,科学家发现,量子化绝不仅仅局限于能量这个物理量自旋、电荷等物理量也同样可以量子化,量子化这个概念是区别于宏观世界经典力学的,量子化只能使用于微观粒子世界,量子力学也与相对论一同被称为现代物理学的两大支柱。