量子是什么?
------ 量子百年纪念文章
科学是大众的,每个人都应当分享它所获得的对自然的深刻理解,并分享由此给我们心灵所带来的理性快乐 。在量子“诞辰”百年之际 , 我们向读者奉献上这篇小小的文章,希望通过它每个普通人都可以理解自然的最神秘的量子本性 。
引言
量子物理学是关于自然界的最基本的理论,人类在20世纪20年代发现了它,然而至今却仍然无法理解这个理论的真谛 。大多数人根本没听说过量子,而初学者无不感到困惑不解,实际上,所有20世纪最伟大的科学家都没有真正理解它,并一直为之争论不休 。然而 , 越困难、越具有挑战性的问题就越让人类的好奇心无法割舍,人类志在理解自然的本性,并最终理解自己 。
今天 , 对于每一个仍然对自然充满好奇的现代人来说,不理解量子,就无法理解我们身边的世界,就不能真正成为一个有理性的、思想健全的人 。同时,让我们所有人感到幸运的是 , 现在想真正理解神秘的量子却是一件容易的事情,这会让那些逝去的伟人们感到羡慕和由衷的欣慰 。在本文中,我们将以通俗易懂的语言来给出量子谜题的答案 。只要思考,你就会理解,甚至有所发现 。
发现量子
人们将量子的发现称为人类科学和思想领域中的一场伟大的革命 , 因为它会让所有第一次试图接近她的人感到从未有过的心灵震撼 。现代人所缺少的正是这种真正的心灵震撼,他们太沉迷于感性的快乐,而忽视了理性的清新魅力 。
1900年 , 普朗克在对热辐射的研究中第一个窥见了量子 。这一年的12月14日,普朗克在德国物理学会会议上宣布了他的伟大发现---能量量子化假说,根据这一假说 , 在光波的发射和吸收过程中,发射体和吸收体的能量变化是不连续的,能量值只能取某个最小能量元的整数倍,这一最小能量元被称为“能量子” 。普朗克的能量子概念第一次向人们揭示了微观自然过程的非连续本性,或量子本性 。
1905年,爱因斯坦提出了光量子假说,进一步发展了量子概念 。爱因斯坦认为,能量子概念不只是在光波的发射和吸收时才有意义,光波本身就是由一个个不连续的、不可分割的能量量子所组成的 。利用这一假说,爱因斯坦成功地解释了光电效应等实验现象 。光量子概念首次揭示了光的量子特性或波粒二象性,即光不仅具有波动性 , 同时也具有粒子性 。
继普朗克和爱因斯坦之后,玻尔进一步发现了原子系统的量子特性 。1913年,玻尔把量子概念成功地应用于氢原子系统 , 并根据卢瑟福的核型原子模型创立了玻尔原子理论 。这一理论指出,原子中的电子只能存在于具有分立能量的定态上 , 并且电子在不同能量定态之间的跃迁是本质上非连续的 。
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