有很多朋友一看到量子力學，就覺得很玄乎，特别是我們在網上可以看到很多“量子水”、“量子眼鏡”、“量子鞋墊”，甚至“量子服裝”、“量子水杯”等産品的宣傳，這些産品基本上可以覆蓋我們日常所用的方方面面，以為量子力學已經如此的貼近大衆的生活了。雖然手機電視等都是量子力學的應用，但我們卻從來沒的将這些與量子力學聯系起來過。

還有各種妖魔鬼怪的自媒體，經常有最新量子理論研究說什麼鬼魂、意識、死亡之類的理論證明，這些瞎扯的玩意把想了解量子，又沒有看過專業理論的人們忽悠進了了量子力學=神學的騙局之中。

那麼，量子力學中的“量子”到底是什麼東西呢？

一個物理量如果存在最小的不可分割的基本單位，則這個物理量是量子化的，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“相當數量的某物質”。在物理學中常用到量子的概念，指一個不可分割的基本個體。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、量子光學等成為不同的專業研究領域。其基本概念為所有的有形性質是“可量子化的”。“量子化”指其物理量的數值是離散的，而不是連續地任意取值。例如，在原子中，電子的能量是可量子化的。這決定了原子的穩定性和發射光譜等一般問題。絕大多數物理學家将量子力學視為了解和描述自然的的基本理論。

1927年第五界索爾維量子力學會議

在經典物理學中，根據能量均分定理：能量是連續變化的，可以取任意值。19世紀後期，科學家們發現很多物理現象無法用經典理論解釋。當時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，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的構成單位一樣，“能量子”（量子）是能量的最小單位。物體吸收或發射電磁輻射，隻能以能量量子的方式進行。普朗克在1900年12月14日的德國物理學學會會議中第一次發表能量量子化數值、一個分子摩爾（mol）的數值及基本電荷等。其數值比以前更準确，提出的理論也成功解決了黑體輻射的問題，标志着量子力學的誕生。

1905年，德國物理學家愛因斯坦把量子概念引進光的傳播過程，提出“光量子”（光子）的概念，并提出光同時具有波動和粒子的性質，即光的“波粒二象性”。

20世紀20年代，法國物理學家德布羅意提出“物質波”概念，即一切物質粒子均具備波粒二象性；德國物理學家海森伯等人建立了量子矩陣力學；奧地利物理學家薛定谔建立了量子波動力學。量子理論的發展進入了量子力學階段。

1928年，英國物理學家狄拉克完成了矩陣力學和波動力學之間的數學等價證明，對量子力學理論進行了系統的總結，并将兩大理論體系——相對論和量子力學成功地結合起來，揭開了量子場論的序幕。量子理論是現代物理學的兩大基石之一，從微觀層面理解宏觀現象提供了理論基礎。

量子假設的提出有力地沖擊了經典物理學，促進物理學進入微觀層面，奠基現代物理學。但直到現在，物理學家關于量子力學的一些假設仍然不能被充分地證明，仍有很多需要研究的地方。

承載16個量子位的矽芯片

量子物理學是研究微觀粒子運動規律的學科，是研究原子、分子以至原子核和基本粒子的結構和性質的基本理論。

量子理論的突破首先出現在黑體輻射能量密度随頻率的分布規律上。1900年10月，由于普朗克解釋黑體輻射現象，将維恩定律加以改良，又将玻爾茲曼熵公式重新诠釋，得出了一個與實驗數據完全吻合普朗克公式來描述黑體輻射。

普朗克提出能與觀測結果很好地符合的簡單公式，實驗物理學家相信其中必定蘊藏着一個尚未被揭示出來的科學原理。

普朗克發現，如作如下假定則可從理論上導出其黑體輻射公式：對于一定頻率ν的輻射，物體隻能以hν為能量單位吸收或發射它，h稱之為普朗克常數。換言之，物體吸收或發射電磁輻射，隻能以量子的方式進行，每個量子的能量為E=hν，稱為作用量子。

從經典力學來看，能量不連續的概念是絕對不允許的。但是在诠釋這個公式時，通過将物體中的原子看作微小的量子諧振子，不得不假設這些量子諧振子的總能量不是連續的，即總能量隻能是離散的數值（經典物理學的觀點恰好相反）。普朗克進一步假設單獨量子諧振子吸收和放射的輻射能是量子化的，這一觀點嚴重地沖擊了經典物理學。量子論涉及物質運動形式和運動規律的根本變革。

首先注意到量子假設有可能解決經典物理學所碰到的其他疑難的是愛因斯坦。他試圖用量子假設去說明光電效應中碰到的疑難，提出了光量子概念，認為輻射場就是由光量子組成。每一個光量子的能量E與輻射的頻率ν的關系是E=hν。采用光量子概念之後，光電效應中出現的疑難随即迎刃而解。

至此普朗克提出的能量不連續的概念，才逐漸引起物理學家的注意。就這樣，一位謹慎的物理學家普朗克掀起了20世紀初量子物理學革命的帷幕。

來自量子新科技咨詢 微信公衆号

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