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　　关于量子的问题一个回答不能说的很全面，我在这里简单的回顾一下量子的提出。

　　十九世纪的最后一天，欧洲的物理学家齐聚一堂，迎接新世纪的来临。著名的科学家开尔文爵士惊叹于物理学的伟大成就，自豪的说：“物理学的大厦已经建成，后世的物理学家只要做一些修修补补的工作就可以了。”

　　开尔文这么说，是因为在那个时代，经典力学通过牛顿、拉格朗日、拉普拉斯等人的贡献已经清楚的解释了物体之间的相互作用和天体运行规律，麦克斯韦电磁方程组将电与磁完美的统一起来，热力学统计物理可以解释分子的运动规律，仿佛物理学已经完全成熟了，没有什么重大的理论问题需要解决。以后的物理学家只需要将物理常数的精度提高几位就可以了。

　　但是，开尔文同时也说：“在物理学晴朗的天空中，还飘着两朵令人不安的乌云。”他所说的这两朵乌云其一是指黑体辐射问题中实验结果与理论不符合，另一朵是指寻找光的参考系-以太的麦克尔孙莫雷实验的失败。

　　恰恰是这两朵乌云，发展成为二十世纪物理学最伟大的两个发现：量子力学和相对论的诞生。人类认识到自己探索自然的道路还很漫长。

　　我们首先介绍一下黑体。物理研究发现：一切物体都在吸收、反射和辐射电磁波。如果一个物体只吸收和辐射电磁波，不反射电磁波，这个物体就称为黑体。比如太阳就可以看作一个黑体，因为太阳的辐射特别强，辐射的电磁波强度远远大于反射的电磁波。

　　人们经过研究发现，黑体辐射的情况与物体的温度有关。

　　图中纵坐标是单位波长单位面积辐射功率，横坐标是波长。我们通过这个图可以发现两个结论：

　　第一：物体温度越高，辐射强度越大。根据斯特番-波尔兹曼定律，黑体单位面积辐射能量与温度的四次方成正比。人们根据这个规律及算了太阳表面温度。

　　第二，物体温度越高，辐射强度最大处的波长越短，满足维恩位移定律。比如炽热的铁块会发光，而且温度不同时，颜色也不同。

　　但是，这两个定律都是实验规律，如何从理论上解释呢?

　　卡文迪许实验室主任瑞利从经典电动力学出发，推导出一个黑体辐射公式，即瑞利-金斯公式。

　　不过，这个公式并不能符合实验结果。只有在波长比较大的时候，公式才与实验结果符合，在波长较小时，公式与实验结果偏差很大。

　　最可怕的是：当波长趋近于零时，瑞利公式的结果发散，辐射强度无穷大，这显然是很荒谬的。人们无法调和理论和实验结果，并把这个问题称为“紫外灾难”（这是因为紫外是比可见光波长更短的光，表示波长短时实验结果与理论值不符）。

　　为了解释这个问题，许多物理学家提出了自己的见解。最成功的是德国科学家普朗克。以下是普朗克学习物理过程中相貌变化图。

　　普朗克在1900年提出：为了解释黑体辐射现象，必须做出一定的假设，这些假设可能与人们熟悉的物理学规律不同。

　　振动的带电粒子能量是一份一份的，每一份的能量都与振动频率有关，称为一个能量子，或简称为量子。

　　按照这个假设，普朗克推导出了黑体辐射的普朗克公式。

　　这个公式与实验结果符合的非常好。十八年后，普朗克获得诺贝尔奖。

　　能量子的概念提出后，许多物理学家借用这个概念得出了丰硕的成果。例如爱因斯坦，1905年爱因斯坦借用普朗克的观点解释了光电效应实验。爱因斯坦说：光的能量也是一份份的，每一份称为一个光量子，或简称光子，光子的能量与频率的关系也满足普朗克公式。从此人们认识到光是具有波粒二象性的，爱因斯坦也因此获得诺贝尔奖。

　　再往后，德布罗意指出所有的物质都具有波粒二像性，波恩提出概率波的观点，薛定谔提出波函数满足的方程薛定谔方程，波尔利用量子观点解释了原子的能级结构，量子力学蓬勃发展起来。

　　现在人们认识到：量子力学是统治微观领域的物理规律，它与宏观世界满足的规律不同。

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　　量子在现代的理解中，意思是任何物理性质的最小可能离散单位，如能量或物质。量子这个概念出现在1900年之后，当时物理学家马克斯·普朗克（Max Planck）在德国物理学会的演讲中使用了这种叫法。普朗克试图找出发光体的辐射从红色变成橙色，随着温度升高最终变成蓝色的原因。他发现，通过假定辐射存在最小的离散单位，就像一般的物质一样，而不是像以前假设的那样只是一个恒定连续的电磁波，那么他就可以找出他的问题的正确答案。

　　普朗克写了一个数学方程，普朗克方程，这个方程涉及一个符号来表示单个的能量量子。他叫单位量子。例如，光子是光的单位量子（或者任何其他形式的电磁辐射的），并且可以被称为“光量子”。 类似地，原子内结合的电子的能量也是量子化的，因此只能以某些离散值存在。 电子只能在原子中以离散能级存在的事实导致原子稳定，因此物质一般是稳定的。

　　最初普朗克认为，量子的发现只是一个理论工具。但事实上，它的出现后来发展成了一个全新的，基本的自然规律。这个规律就是20世纪大名鼎鼎的量子理论。量子理论和爱因斯坦的相对论共同解释了地球上所有物质和能量的本质和行为，构成了现代物理学的基础。然而，这两者之间仍然存在冲突。爱因斯坦一生中大部分时间都在寻求他所谓的统一场理论 - 一个可以调和两个理论的不相容性的新理论。后来，超弦理论和M理论被提出作为统一理论的候选人被发展出来。

　　我个人认为，量子用“不可分割的最小单位”来定义并不恰当，即并不能说明量子的特性。比如电子，可以跃迁出光子，说明电子还可再“分割”（但不能以通常意义上的切割等同）的。实际上量子与我们宏观世界的“系统”概念有些类似，只不过量子是微观“系统”，你看，电子，光子，质子，中微子等，它们都有自己的特性，在宇宙中起着不同的作用。再比如电子与光子，“光子”在电子中作为电子的一部分，代表着电子的能量级，起到的是“部件”的作用，而当从电子跃迁出来后，就绝不是电子的“分割”部分，而成为具有新特性、新功能的新“系统”了。光子越深究，越觉得它的与众不同，这个“众”代表着有静止质量的所有物质，光子好似动中之动，而“众”好似动中之静，光子好似代表着宇宙的某些特性，又好似是宇宙中的所有“众”物质连接的桥梁、纽带。

　　在物理学中，量子是交互作用中涉及的任何物理实体（物理属性）的最小量。这意味着物理性质的大小只能采用由一个量子的整数倍组成的离散值。

　　例如，光子是单量子的光（或任何其他形式的电磁辐射）。类似地，原子内的电子的电荷能量是量子化的，并且可以某离散值存在。实际上，原子和物质通常是稳定的正是因为电子只能存在于原子内的离散能级。量子化是量子力学更广泛物理学的基础之一。能量的量化及其对能量和物质相互作用的影响（量子电动力学）是理解和描述自然的基本框架的一部分。

　　量子的性质似乎暗示了宇宙微观层面的某种特性，通俗一点讲，宇宙实际上更像一块粗糙的布，远看光滑柔顺但近看则是由细密的“线”织成。

　　这里敷衍一下普朗克提出量子概念的简单历史：

　　1859年古斯塔夫·基尔霍夫提出黑体辐射问题，1877年波茨曼提出物理系统的能量状态可以是离散的。1900年，马克斯·普朗克（Max Planck）发现了辐射量子化的概念，他曾试图了解被加热物体的辐射发射，称为黑体辐射。通过假设能量只能在微小的，微分的，离散的包（他称之为“束”或“能量元”）中被吸收或释放，即假设是能量以离散的“量子”（或能量包）辐射和吸收，普朗克精确解释了观察到的黑体辐射的模式。

　　关于黑体辐射的诠释，终于揭开了量子这一重要的物理概念的新篇章。

　　其实关于量子的现实证实还要靠爱因斯坦，普朗克差点错失“量子之父”之名。坦哥确实很厉害！

　　普朗克谨慎地认为，“量子”只是辐射吸收和发射过程的一个方面，与辐射本身的物理现实无关。事实上，他将他的量子假设只视为一个得到正确的答案的数学技巧，而不是一个大发现。

　　然而，在1905年，坦哥打了普朗克的脸，他用更现实地证据解释了普朗克的量子假设——用来解释光电效应，即光照在某些物质上可以从物质材料中射出电子。坦哥因这项工作获得了1921年诺贝尔物理学奖，后来还进一步发展了这一观点，以表明光等电磁波也可以被描述为一个粒子（后来称为光子），其能量取决于其频率。

　　上图：光电效应

　　大约在1900年至1910年间，量子理论和光的微粒理论首先被广泛接受为科学事实; 后面的这些理论可以分别被视为物质和电磁辐射的量子理论。

　　后来，在20世纪20年代中期，量子力学在一大堆大神的发力之下蓬勃发展。在量子力学中，“量子”指的是分配给某些物理量的离散单位，例如静止原子的能量。 各种粒子是具有波特性的离散能量包的发现，导致了处理原子和亚原子系统的物理学分支——量子力学的产生。

　　上图：不同能级氢原子中电子的波函数。量子力学无法预测粒子在空间中的确切位置，只能预测在不同位置找到粒子的概率。更亮的区域代表发现电子的更高概率。波函数的取值是离散的（整数）才能符合实际的统计学结论。

　　量子最早是由普朗克发现的，他发现能量是不连续的，只能一份一份地吸收与发射，这个最小的量就是普朗克常数。在这之后，人们发现，在微观世界，这种不连续性随处可见、无法避免。量子力学就是在此基础上建立的，不过只是唯象的理论，属于初级理论，并没有给出产生这种不连续性的物理机制。根据系统的有机观点，宇宙是由量子构成的，量子是宇宙最小、最基本的粒子，不可再分割。无数离散的基态量子构成空间，数个高能量子构成封闭体系即物质。量子空间的不同分布可以分别形成引力场和电磁场等，而对基态量子的激发，可以产生光子和中微子等，属于能量的范畴。普朗克常数h是量子的角动量，相对于量子的能量具有不变性。各种物体之间的相互作用，本质上都是交换量子。量子是物质之间的最小相互作用。自然界的一切物理现象都是量子空间无规碰撞的对称性破缺，即是不对称碰撞造成的。加速运动、高速运动、微观尺度以及作为封闭体系的物质存在，都会在不同的程度上引起量子空间的不对称碰撞，从而产生各种不同的力。