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量子是什么?与分子、原子、电子有什么关系?

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说的简单一点儿“量子”指的就是:“一个不可以再继续分割的基本单位。”

理解了这句话之后,我们就会明显地发现分子、原子、电子它们都不是量子,因为它们是可分的!

分子

分子是由原子构成的,因此分子可分,分子很明显就不可能是量子;

原子

原子是由原子核和核外电子构成的,而原子核是由质子和中子构成的,原子也可分,原子也不可能是量子;

电子

理论上认为电子可再分为空穴子、自旋子和轨道子,但是目前只是处于观测阶段,不能独立存在于材料之外。不过这已经够了,说明了电子也是可以再分割的个体,因而电子也不是量子!

那到底什么是量子呢?

举个简单的例子:就跟我们调查人口数量一样,我们说某城市常住人口有多少人、或者说哪一个国家的人口总数是多少时,都默认了一个客观事实,那就是人口数目其实是有一个最小单位的,这个最小的单位就是“1”,我们在说任何一个城市的常住人口数或者说哪个国家的人口总数时,都理所应当的认为这个数目只会是人口数的最小单位“1”的整数倍,不可能出现小数,因为人是不可以被分开的!

其实量子也是一样的道理,只不过把上例中的人数转换成物理量就可以了。也就是说,如果一个物理量存在小到不能再分割的基本单位《比如上例中:人数的基本单位“1”就是不可再分的》,我们就可以认为这个物理量是量子化的,并把这个物理量的最小单位称为——量子。

比如说:

普朗克的能量量子化假设

1900年,普朗克在研究黑体辐射实验规律时首次提出了量子化假设:他认为带电粒子的能量只能是某一个最小能量值ε=6.62607004 × 10^-34 m Js的整数倍,而且带电微粒在吸收或者辐射能量时,也是以这个最小的单位一份一份的吸收或者辐射的,这个能量的最小的单位就称为能量子!

根据这个假设推导出的普朗克公式。非常符合黑体辐射实验的光谱能量分布规律,成功地解决了科学家们在研究黑体辐射现象过程中遇到的难题。而这个能量不连续的观念为科学家们打开了认识光的粒子性的大门,奠定了量子力学的基础,普朗克也因此获得了1918年诺贝尔物理学奖!

爱因斯坦的光量子假说

1905年,爱因斯坦在解释光电效应时提出了在吸收和发射光时,能量也是一份一份的,光本身也是由一个一个不可分割的能量子组成的,这些能量子叫做光子,光子的能量取决于其频率,这也就解释了为什么连微弱的紫光都能激发出电子,而强烈的红光反而不能激发出电子的原因,解释了光的粒子性,爱因斯坦也因此获得了1921年诺贝尔物理学奖!

根据这个定义,我们发现电荷也应该是量子化的,因为电荷也有一个最小的单位:元电荷e=1.60217656535×10^﹣19c,因此,电荷也是量子化的。

量子跟我们熟知的微观实物粒子又有什么关系呢?

量子是一种概念;量子力学是物理学理论;分子、原子和电子是微观粒子,它们三者的关系是:量子这种概念的提出使物理学家的思维不仅仅局限于经典物理学,促进了量子力学的诞生,而量子力学正是研究分子、原子、电子、原子核等微观粒子的运动规律、基本性质、基本结构的理论!

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