学渣讲量子——什么是量子

量子可以说是目前物理界中,最难懂,最违背常理的物理学概念。因为在量子的世界里,所有的东西都不是连续的。什么意思?就像是“我的世界”和”像素世界“,量子世界里所有东西都是由一块一块或者一个粒一个粒组成的,一切都可以一分再分,最后分到最基础的小方块或者小像素点就不能继续再分下去了。

第二个比较容易让人懵逼、抽象的地方,量子都是围绕着物理量来讲的。记住一点就行,这类物理量都是通过我们测量得来的,并不是物质。比如我们平常用的:时间、长度、能量、角度、温度、质量......量子之于物理量,就像是分子之于物质。

量子太抽象,通过把量子实物化更容易理解

要了解什么是量子只需一张纸和一支笔,没有纸的看我画的也行。

①在纸上画一条10厘米的线,假设它是绳子,或者一条细线! 反正画一条线就可以了。

大家都能画得很准。因为我告诉你长度了。

②然后再画一条虚线,各凭本事,自由发挥。一千个哈姆雷特,一千种画法。

问题来了,问直线是不是连续的?

回答:肯定是连续的,从0-10厘米,紧密的,中间没有缝隙的。

第二个问题,虚线是不是连续的?

回答:虽然大家画得都不一样,但肯定是不连续的。

量子的回答:如果这些线代表的不是物质,而是物理量,比如能量或者是具体到10厘米的长度,那么它们都不是连续的!是不是已经感觉脑袋瓜转不过来弯了?没事继续往下。

③我们再画一条直线:一条很细、细的不能再细的直线,你能画出来吗?即使铅笔削的再尖再细,它也要有个宽度有个物流量的数,哪怕是0.1、0.001、.......0.无数个零然后1,小数点后面可以一直无限加零。也就是可以无限趋近于零的,但是量子告诉我们,凡是都有个规矩,没有规矩不成方圆,我们不能无限制下去,长度也是有最小值的,出了这个最小值,再往下就出事了。如果把长度比作一条绳子,那么拿着上图的超级无敌放大镜看你会发现,他们都是一份一份的或者一个粒一个粒组成起来的,我们数学定义线:线是由无数个点组成的,你也可以这么理解,长度是由很多最小长度单位组成的。

再举个例子

你如果有一把宇宙超级无敌大砍刀,然后你还有超级无敌的刀工。然后你随便拿过来一颗菜或者一个什么东西,使劲砍,一直剁,剁到最后发现再怎么剁它也不会变小了,最后都是一份一份或者一个粒一个粒的,这个最小的单位就是量子。

什么是能量子

量子的创始人:马克斯·卡尔·恩斯特·路德维希·普朗克,通过黑体辐射能量(先不用懂)的研究,得出结论说如果咱们上面分的东西或切的东西换成能量,那能量分到最后不能再分,切到最后不能再切的每一份最小的能量就是能量子。

下图放大镜里每一颗就类似一份能量,如果一直把下面的能量线切下去,最后都会切成一颗一颗的,那我们把每一颗叫做每一份”能量子“。如果能量增加,只能是增加能量子的倍数,即2份能量子,3份能量子。不能说给我来半份能量子,因为分不下去了。就像是平常可以说一个人、两个人,但是不能说半个人,所以能量子是能量的最小单位,也是能量增加或减少的最小单位,即能量变化的最小单位。(上面所有的比喻只是便于理解,专家别拍我)

爱因斯坦的“光量子”帮你加深印象

普朗克的能量子理论一发布,之前捡漏捡到狭义相对论的卖萌老头爱因斯坦一眼就瞄到了商机,心里想:这不是送分题吗。于是发表论文说:光在空间传播也不是连续的,是一个粒一个粒的,描述能量的最小单位是能量子,那描述一份最小的光就是光量子,简称光子。因为这个还弄出波粒二象性(以后再讲),整出了光电效应,果不其然因此捡了一个诺贝尔奖。

量子的正规解释:量子这个词是源于拉丁语quantum,意思是“有多少”,也可以说“多少什么什么物质”。比如能量子,就是有多少多少能量,光子就是有多少多少光。我们通过上面知道量子指一个不可分割的基本个体。例如,“光的量子”是光的单位。而延伸出的量子力学、量子光学等更成为不同的专业研究领域。

最后说一下根据上面讲的理解一下量子的定义: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。