量子力学中的“量子”到底是什么东西?
在回答量子为何物之前,首先需要我们了解量子的来历 。在二十世纪以前,经典热力学认为,能量是连续的 。当时有两个黑体辐射公式,它们分别适用于红外端和紫外端 。然而,由于连续的能量,会使能量集中在紫外端辐射?? 。这是与实际情况相矛盾的 。于是,能量的紫外端辐射被称为紫外灾变,是十九世纪飘在经典物理学头上的两朵乌云??之一 。
为了统一黑体辐射公式,为了消除连续能量所引起的紫外灾变,德国物理学家普朗克于1900年提出了一个新的黑体辐射公式 。在该公式中,普朗克引入了一个量纲为粒子角动量的物理常数h 。其具体数值为,6.623x10-27尔格秒 。于是,新的黑体辐射公式,不仅避免了紫外灾变,还将原来的两个辐射公式统一了起来 。它们分别是新公式在红外端和紫外端的两个不同的极限 。
于是,普朗克完好地解决了这一长期以来困扰物理学界的难题 。其留给人们思考?的问题是,普朗克常数h的含义是什么?为什么在我们的宇宙中存在着这样一个物理常数?1905年,爱因斯坦为了解释光电效应,他认为光是不可再分的最小粒子,其具体的大小是由普朗克常数h定量的 。因此,光的本质是光量子,是由于电子能级的跃迁所激发的量子 。
正是因为普朗克与爱因斯坦的上述工作,为量子力学的建立奠定了基础 。不过,在理论界,对于量子究竟为何物,存在着较大的争论 。主流学派认为,普朗克常数h的存在,仅意味着能量存在着最小份额 。因而,能量是不连续的 。他们并没有更进一步地认为,量子是不可再分的最小粒子 。于是,为了了解量子,需要我们知道能量是什么 。为什么能量存在着最小份额?作为类比,如果我们说水是不连续的,其存在着最小的份额,是什么含义呢?根据布朗运动,细小的花粉在水中具有一定的无规运动 。
这说明水是由无数个离散的水分子构成的 。由于花粉的半径小于水分子之间的距离,使花粉受到水分子的碰撞?是不对称的 。由此,花粉获得了水分子的部分动能,产生了热运动 。由于物质并非实体,其仅只是由粒子的运动所形成的封闭体系 。所以,作为物质的物理参量,质量是被封闭的粒子关于其空间效应的度量 。于是,与质量相对应的能量,其定义是开放的粒子关于其运动能力的度量 。
由上述能量的定义以及水是由离散的水分子构成的,可以推断,正是因为存在着不可再分的最小粒子,才使得能量具有不连续性 。而能量的最小份额,就是关于最小粒子运动能力的度量 。于是,量纲为角动量的普朗克常数h,就是该最小粒子的角动量,其具有相对于最小粒子能量的不变性 。所以,量子是不可再分的最小粒子 。而能量的最小份额,仅只是最小粒子的存在所产生的表观现象 。
由于人类的认识是有限的,对于同一个现象可以有多种不同的解释 。所以,对于量子的理解也是多样化的,我们并不能认定量子是最小粒子的这一解释是绝对正确的 。判定正确与否的标准,是比较不同的解释能否扩展我们的认识,形成统一的理论 。如果只有一种解释,那么无论其功效如何,都会得到认可;如果是多个解释,我们就采信能够获得统一认识的那个解释 。
量子是不可再分的最小粒子这一观点,可以解释不同领域中的许多新的物理现象 。由此说明,量子的粒子性是有道理的 。比如,所有的微观粒子都具有波动性,类似花粉在水中的热运动,说明存在着由无数个离散的量子构成的物理背景,即存在着量子空间 。比如,存在着统一的微波背景辐射温度,说明我们宇宙的物理背景是由无数个由普朗克常数h定量的最小粒子(量子)构成的 。
推荐阅读
- 2013全国卷语文,2013年全国卷以及各个省语文高考作文题目是什么
- 自动档车怎样怎驾驶,自动挡车起步的正确方法是什么
- 迈锐宝广告歌曲,2014迈锐宝广告歌曲是什么
- 英魂之刃霸主榜是什么,《英魂之刃》神农攻略
- 火影ol提升战力最快的是什么,龙神战力提升指南
- 炉石传说傻龙是什么,你关注过《炉石传说》插画嘛
- 火影ol控制符石是什么,《火影忍者OL》忍考260风主阵容介绍
- 白吃侠是什么原理,赢得肥侠永相随
- ipad是什么,iPad是什么
- 和天猫旗舰店一样吗,旗舰店是什么意思