量子力学中的“量子”到底是什么东西?怎么解释呢?

2023-02-14 04:37

4个回答
量子是拉丁语,意思是最小的不可分割的单位。该思想是由于能量量子化思想出现产生的,由于爱因斯坦认为,每一束光最小传递的能量是有极限的,于是能量由连续变成了量子化,于是量子思想逐渐形成,并发展起来。

量子的发现及发展可以说是开启了一个新的纪元。


量子的概念:

量子(quantum)是现代物理的重要概念。即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。

量子与以牛顿力学最大的区别是,量子研究的是微观的物理世界,牛顿力学研究的是宏观世界的物理规律。

量子与很多传统的概念不同,量子不能简单地理解为能量单位或最小的物质单位。

量子力学(不考虑场的量子化)的核心是物质的运动用态来描述; 态和态之间的转换可以确定一些力学的可观测的量,比如能量,动量,角动量等。

在有些态(本征态)中,某个量比如能量可以取确定的值(本征值),有的态,则只能给出它取某些值得概率.而且,对于一些确定的外界条件下,一个粒子的只能被允许处在一组特定的本征态上,比如|1>, |2>, |3>,...等等,对于一个物理量,比如E,这些态对应一组分立了的值,比如10,20,30...由于不存在|1.5>这样的态,所以粒子不能被允许处在能量为15的态上,即粒子的能量只能有这些分立了的值.这样的效应是和经典不同的效应,是一种典型的量子效应.比如谐振子,能量可以取0.5hv,1.5hv,2.5hv......这样每一个能量间隔1hv,可以称作一个能量的量子。


当然,角动量也可以在一些条件下只能取分立的值,对应的间隔也可以称作量子。当然,条件不同,间隔可以不是固定的。不过,我们一般提及的量子,是指哪个谐振子的能量量子,因为量子论是从Planck对它的计算起源的.不过值得注意的一点是,量子论并不是说能量一定是分立的。条件不同时,它也可以是连续的。
量子场论:考虑场的量子化,最早开始于Einstein对电磁场的量子化。电磁场的能量量子是光子,当然,光子我们可以想象成为一种粒子,它携带固定的一份能量hv。它的行为仍由一个态来描述,这个态往往解释为空间里的一个概率波,这个概率波原来在经典理论里就是经典的电磁场。振幅大的地方表示这个光子出现的几率大,所以光的强度就强。


人们早期对原子的理解仍然停留在“行星模型”上。该模型假设电子像行星一样围绕核旋转。但是在建立了电磁学之后,该模型暴露出一个问题:旋转的电子在移动时会发出电磁波,从而损失了能量。如果能量损失,它将落入原子核。

在物理学的认识中,我们听到最多的就是质子中子和电子,分子,可能对于量子这一个名词非常的陌生,其实量子顾名思义就是可以被量化的粒子,在宇宙中存在着千千万万的物质,那么除了辐射以及紫外线还有其他的尘埃之外,还存在着一些非常非常小的物质,当来衡量这些非常小的物质的时候可以用量子来形容。

就我们对许多物质或者是数值的认识来讲,都会认为他是一些连续性的。但其实量子就是一个特殊性的存在,他并不是一个连续性的物质。 就拿我们开车的一个车程,或者是距离来讲,当存在三个点的时候,我们都会知道需要从第一个点,就是我们的起点出发,然后到达我们的中点,就是我们的第二个点,再持续的进入到我们的终点,也就是最后一个点,这就是我们在日常生活中所了解到的一个距离的程度。但如果说出现了另外一条路程的话可以不经过第二个点,就可以直接到达终点,那么这样的行为,或者是这样的概念就被称之为量子。 

对于量子的研究中,普朗克这位科学家做出了巨大的贡献,他认为,在能量传输或者是传递的过程中,他会分为一小份一小份的,并不是一个无限或者是保持连续的过程。在能量的传输过程中,他存在着一个最小的单位,也就是在我们的物质定义中,他有一个最大也有一个最小的定义,那么当出现最小,或者是最大的时候就能典型的标识出这个物质。 

不能分割,并且他具有最小单位的那么就是量子,在不同的物质,或者是不同的角度,或者是电荷,以及其他的物质中在整个物理系中,他就是存在着一个量子化的特征以及表现。关于对量子的研究,以及学习来构成了我们的量子力学。


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