中學時，因為理化基礎實在薄弱，選了文科，導致自己對理科知識的嚴重缺失。最近因為讀《大歷史》，順便讀一些理化方面的科學書籍，比如這兩天讀的《七堂極簡物理課》（簡稱《七》），發現科學知識實在是既有趣，又大開腦洞，你會發現萬事萬物底層深處的類通性。正如《七》中所說：“
無論是欣賞藝術，還是領悟科學，我們最終得到的將是美的享受和看待世界的全新視角。”你對世界的理解會更加通透。二十世紀物理學的兩大支柱：一個是廣義相對論，研究宇宙中天體運動規律；另一個就是量子力學，研究物質世界微觀粒子運動規律。實際上，就是科學家想從宏觀與微觀兩方面揭開這個世界的真實面目。關於“相對論”我之前寫過一篇文章，今天來了解一下“量子力學”知識。
一、“量子”組成
也就是微觀世界裡的物質組成。我們看到的物體都是由原子組成的。原子由一個原子核和圍繞它的電子組成，原子核由緊密聚集在一起的質子和中子構成。質子和中子（質子和中子質量差不多，但比電子大多了）則由更小的粒子構成，美國物理學家默裡·蓋爾曼（Murray Gell-Mann）為它們取名“夸克”（quark）。
夸克之所以能粘成質子、中子，是因為微觀世界裡還存在一種“膠子”的粒子（科學家真能瞎想；我有時想：這種微觀粒子向下分與宏觀天體向上分，都是無窮盡的）。所以，我們身邊的所有物體都是由電子、夸克、光子和膠子（四種粒子質量差不多）組成的，它們就是粒子物理學中所講的“基本粒子”。
除此之外還有幾種粒子，例如中微子（neutrino）——它佈滿了整個宇宙，但並不跟我們發生交互作用，還有希格斯玻色子（Higgs boson）——不久前日內瓦歐洲核子研究中心的大型強子對撞機發現的粒子。但這些粒子並不多，只有不到十種。這少量的基本原料，如同大型樂高玩具中的小積木，靠它們建造出了我們身邊的整個物質世界。量子是能表現出某物質或物理量特性的最小單元，這些“粒子”都是一種“場”的量子，比方說光子是電磁場的“量子”。
二、粒子運動
1、量子公式
粒子運動似乎有一定的規律，科學家們也總結出一套量子方程，比如基本的薛定諤（20世紀奧地利科學家）方程。元素週期表是怎麼來的？為什麼偏偏是這些元素被列在表上呢？為什麼元素週期表的結構是這樣的呢？為什麼這些元素和週期會有這樣的特徵呢？答案就是，每一種元素都是量子力學最主要方程的一個解。整個化學學科都基於這一個方程。
2、不確定性
但基本的粒子運動基本是不確定的。在量子力學中，沒有一樣東西擁有確定的位置，除非它撞上了別的東西。而且這些“粒子”從一處到另一處的飛躍大多是隨機的，不可預測。我們無法預知一個電子再次出現時會是在哪兒，只能計算它出現在這裡或那裡的“概率”。
有時就像我們人類，思維到處發散，不知道自己要幹什麼，每天的活動都是無機的。但也有極少數積聚了足夠的能量，進入了一個大能量、自我進升的軌道，實現了“進化”，這在“量子力學”中叫“量子躍遷”。
所謂“量子躍遷”（很著名），是指電子只有在特定的能量之下才能從一個原子軌道“跳躍”到另一個原子軌道上，並同時釋放或吸收一個光子（能量載體）。
海森堡（1901-1976，德國著名科學家）想象電子並非一直存在，只在有人看到它們時，或者更確切地說，只有和其他東西相互作用時它們才會存在。當它們與其他東西相撞時，就會以一個可計算的概率在某個地方出現。從一個軌道到另一個軌道的“量子躍遷”是它們現身的唯一方式：一個電子就是相互作用下的一連串跳躍。如果沒有受到打擾，電子就沒有固定的棲身之所，它甚至不會存在於一個所謂的“地方”。所謂的真實“只不過是相互作用造成的”，不然就是一種虛無。比如時間，由於相互作用的事件發生，才有“事前、事中、事後”，才有“時間”概念存在。這也是量子力學的一個奇特定律：
存在的每樣東西都是不穩定的，永遠都在從一種相互作用躍遷到另一種相互作用。3、概率論（現在專門有“統計物理學）
粒子運動有時還遵循一種“概率論”，比如“熱傳導”。
19世紀，英國物理學家麥克斯韋和奧地利物理學家玻爾茲曼（Ludwig Boltzmann）發現了熱的本質。
“一個熱的物質並不會包含熱質，它發熱僅僅是因為其中的原子運動速度更快。原子和原子團組成的分子處在不斷運動的狀態中，它們快速移動、振動、跳躍……。冷空氣之所以冷是因為空氣中的原子，更確切地說是分子，跑得比較慢；熱空氣之所以熱是因為空氣中的分子跑得比較快。”那為什麼熱的物體容易傳導給冷物質，而不是反之？
玻爾茲曼的解釋非常精妙，用到了概率的概念。熱量從熱的物體跑到冷的物體上並非遵循什麼絕對的定律，只是這種情況發生的概率比較大而已。原因在於：
從統計學的角度看，一個快速運動的熱物體的原子更有可能撞上一個冷物體的原子，傳遞給它一部分能量；而相反過程發生的概率則很小。神解，佩服。
三、量子力學世界：一個由事件而非物體構成的世界。
《七》中為我們描繪了一個微觀世界：
即使我們觀察的是空間中一塊沒有原子的區域，還是可以探測到粒子的微小湧動。徹底的虛空是不存在的，就像最平靜的海面，我們湊近看還是會發現細微的波動和振盪。構成世界的各種場也會輕微地波動起伏，我們可以想象，組成世界的基本粒子在這樣的波動中不斷地產生、消失。這就是量子力學和粒子理論描述的世界，大開腦洞。
190316
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