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        量子(quantum)是現代物理的重要概念。最早是由德國物理學家M·普朗克在1900年提出的。他假設黑體輻射中的輻射能量是不連續的,只能取能量基本單位的整數倍,從而很好地解釋了黑體輻射的實驗現象。

        后來的研究表明,不但能量表現出這種不連續的分離化性質,其他物理量諸如角動量、自旋、電荷等也都表現出這種不連續的量子化現象。這同以牛頓力學為代表的經典物理有根本的區別。量子化現象主要表現在微觀物理世界。描寫微觀物理世界的物理理論是量子力學。

        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”。自從普朗克提出量子這一概念以來,經愛因斯坦、玻爾、德布羅意、海森伯、薛定諤、狄拉克、玻恩等人的完善,在20世紀的前半期,初步建立了完整的量子力學理論。絕大多數物理學家將量子力學視為理解和描述自然的基本理論。

        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”?!傲孔踊敝钙湮锢砹康臄抵凳请x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。絕大多數物理學家將量子力學視為了解和描述自然的的基本理論。

        通俗地說,量子是能表現出某物質或物理量特性的最小單元。


        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世紀后期,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,只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。其數值比以前更準確,提出的理論也成功解決了黑體輻射的問題,標志著量子力學的誕生。

        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諤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,并將兩大理論體系——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。


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