究竟什么是量子_CSS学习

资料来源：网络整理时间：2023/3/4 4:20:43 共计：3597 浏览

究竟什么是量子？

最初我们对自然界的认知是建立在牛顿那些人建立的经典物理学的世界里面，在宏观的世界中，我们能够用肉眼所见的物理现象差不多都能够得到解答，类似万有引力、自由落体这些基本物理原理，我们已经可以对某些事物的情况进行精确的计算，但是自从电灯泡被发明之后，我们就对发热物体表现出来的光比较迷惑，那就是为啥加热的灯丝可以发射出红黄光和白光，却没有进一步出现蓝光和紫光呢，光谱分析所得到的蓝紫光也比较少，那么究竟加热物的温度与光有什么联系，这些都是以前的物理所不能解释的。

带着这个问题，马克斯·普朗克采用了黑体辐射器对温度和光的频率进行了研究，并在1900年发表了《论正常光谱能量分布定律的理论》，得出了黑体辐射定律，并提出了最小能量源E这个概念，首次表明了能量的不连续性结果，这成为普朗克的能量量子化假说开端，也为将来量子学发展埋下了伏笔，不过这一理论与当初认为的能量均分定理相违背，所以他的理论仅被当时的人当做茶余饭后谈论的话题，几乎没多少人拿这当回事，仅在做实验的时候拿的他理论来使用一下。

不过对这个能量E真正解释清楚的是爱因斯坦，因为当时世界已经发现了光电效应这种现象，但是按照传统物理学的理论，光是一种连续的电磁波，理论上只要提供足够强度的光对金属表面照射，就可以让电子脱离金属表面，然而事实上这种现象的发生仅与光的频率有关，而与其强度无关，这无疑给了物理界浇了一盆冷水，而爱因斯坦在普朗克能量量子的假设下，巧妙的将光解释成为粒子，或者叫“光量子”，每一个光子的能量都与其频率成正比，能量为hv，频率越高，能量越大，于是可以打出的电子就越多，这最终解释了光电效应的问题，同时也解释清楚了E的问题，也使得人们对光的认知进入了一个新的时代。

十九世纪和二十世纪是一个科技爆炸的年代，同一时期与量子相关的还有原子光谱的问题，那就是将稀有气体放在一根玻璃管中通入高压电，里面的气体就会发光，而将其光用分光镜分离的时候，就出现了非常确定的分立光谱线条，请注意，是非常确定，这实验结果与其他光源光谱出现的连续分布光谱不同，人家呈现出均匀分布的带状，而它则是分立的线条状，这个问题困扰着当时的科学家。

而当时的物理界已经认为原子组成是由原子核和电子组成的，按照当时的经典物理学理论，这些光是电子运动辐射出来的，而且根据能量均匀分布定理，预测光谱应该是均匀分布的，而且按照经典物理学也揭示电子会最终掉进原子核中，但是现实的情况是原子一直非常的稳定，并不会出现电子最终掉进原子核的情况，而且光谱分析出现的是分立的线条光谱，经典的物理学理论是无法对其进行解释的，最终波尔在这些问题的基础上提出电子轨道说，他首次指出电子是在特定轨道上运行的，每变换一个轨道就辐射出对应的能量，这些能量是不连续的，并且不可细分，这种现象就是目前我们都知道的量子跃迁现象。

这些新兴的理论提出无疑在挑战着当时的经典物理学，因为他们想象不到在微小的事物上会有这样的问题，如果你觉得量子学说在此就完结的话，那么接下来要讲的就会一举打破你对传统事物的认知范围，这就是著名的电子双缝实验。最初我们都认为电子是一个个体，所以它在穿过孔洞的时候应该是和普通球体穿过孔洞一样的，例如无数电子穿过一条缝的时候，打在背后的屏幕上就应该是一条线，而穿过两条缝隙的时候就是两条线才对，但是实验中，电子束在穿过两条缝隙的时候则表现出了波的特性，在屏幕背后出现了明暗间隔的条纹，这是波才具有的干涉现象，如果你认为可能是电子束中的电子非常的拥挤造成的现象，那么好，实验则改为发射单个电子继续实验，最初打过去的电子一个则会显示一个，于是打过去无数多个电子之后，同样的现象发生了，依旧是波的干涉现象，这里就出现了一个非常大的问题，那就是电子原本是个粒子，打过去的粒子一个则是一个，为啥会出现干涉的现象呢，唯一的解释就是同时出现了两个电子在缝中穿过，和波的干涉原理一样，两缝同时有波穿过才能互相干涉形成条纹，这就意味着电子在穿过缝细前是先变成两个电子，然后穿过缝细后再互相干涉变成一个的，而这种现象同时也出现在了现今的单光子双缝实验一样，粒子怎么会突然间表现出波的性质呢。

如果你觉得一定是实验无法发射单个电子或者光子做实验的话，那么请继续往下看，接下来的这个实验就非常的离奇了，当科学家们希望采用科学仪器探测单个粒子穿过缝隙来研究粒子具体怎么穿过缝细的，神奇的事情发生了，波的干涉条纹消失了，留下的是一个双缝条纹，这一实验结果即使是留在现今我们也是大惑不解，观测直接可以影响结果的实验，看得出电子类似一种有意识的事物，当你观测的时候表现就像普通粒子一样，当你不观测的时候就表现出波的性质，这就像《三体》讲到的用质子锁死地球科技一样，这一结果让我们对世界产生了怀疑，我们这个世界是真实的吗？

目前为止对此解释的比较准的就是波动学说，其中著名的薛定谔方程就是代表之一，他表示这些电子其实就是概率波，电子打过去之后具体落在哪由概率决定，因此事先我们都是不能知道具体的电子情况的，具有概率性和不确定性。

至于之后的量子纠缠算了不说了，累，量子用目前的解释来讲，就是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，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。

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