什么是量子?
1.量子(quantum)的基本概念:在物理學(xué)中常用到量子的概念,指一個(gè)不可分割的基本個(gè)體。例如:“光的量子”(光子)是一定頻率的光的基本能量單位。
而延伸出的量子力學(xué)、量子光學(xué)等成為不同的專業(yè)研究領(lǐng)域。其基本概念為所有的有形性質(zhì)是“可量子化的”?!傲孔踊敝钙湮锢砹康臄?shù)值是離散的,而不是連續(xù)地任意取值。例如,在原子中,電子的能量是可量子化的。這決定了原子的穩(wěn)定性和發(fā)射光譜等一般問題。絕大多數(shù)物理學(xué)家將量子力學(xué)視為了解和描述自然的的基本理論。
2.量子的定義:一個(gè)物理量如果存在最小的不可分割的基本單位,則這個(gè)物理量是量子化的,并把最小單位稱為量子。量子英文名稱量子一詞來自拉丁語quantus,意為“有多少”,代表“相當(dāng)數(shù)量的某物質(zhì)”。
通俗地說,量子是能表現(xiàn)出某物質(zhì)或物理量特性的最小單元。
3.量子概念的提出:
量子是現(xiàn)代物理的重要概念。最早是由德國物理學(xué)家M·普朗克在1900年提出的。他假設(shè)黑體輻射中的輻射能量是不連續(xù)的,只能取能量基本單位的整數(shù)倍,從而很好地解釋了黑體輻射的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。
后來的研究表明,不但能量表現(xiàn)出這種不連續(xù)的分離化性質(zhì),其他物理量諸如角動量、自旋、電荷等也都表現(xiàn)出這種不連續(xù)的量子化現(xiàn)象。這同以牛頓力學(xué)為代表的經(jīng)典物理有根本的區(qū)別。量子化現(xiàn)象主要表現(xiàn)在微觀物理世界。描寫微觀物理世界的物理理論是量子力學(xué)。
在經(jīng)典物理學(xué)中,根據(jù)能量均分定理:能量是連續(xù)變化的,可以取任意值。19世紀(jì)后期,科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)很多物理現(xiàn)象無法用經(jīng)典理論解釋。當(dāng)時(shí)德國物理界聚焦于黑體輻射問題的研究。1900年左右,M·普朗克試圖解決黑體輻射問題,他大膽提出量子假設(shè),并得出了普朗克輻射定律,沿用至今。普朗克提出:像原子作為一切物質(zhì)的構(gòu)成單位一樣,“能量子”(量子)是能量的最小單位。物體吸收或發(fā)射電磁輻射,只能以能量量子的方式進(jìn)行。
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