量子與原子、電子等有什麼區別?它是指一類還是一種粒子?

楓林如風


量子一詞來自拉丁語quantum,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物理量,並不是一個有形實體。

重點是不可再往下分割了


馬克斯·普朗克於1900年建立了黑體輻射定律的公式,並於1901年發表。

我們過去認為電磁波的能量是連續的。在推導過程中普朗克發現,只有假定電磁波的發射和吸收不是連續的,而是一份一份地進行的,計算的結果才能和實驗結果是相符。這樣的一份能量叫做能量子,每一份能量子等於普朗克常數h乘以輻射電磁波的頻率v。這關係稱為普朗克關係,用方程表示普朗克關係式:

E=hv;

這就是普朗克的能量量子化假說,這一假說的提出比愛因斯坦為解釋光電效應而提出的光子概念還要至少早五年。最終普朗克的量子化假說和愛因斯坦的光子假說都成為了量子力學的基石。他倆雙雙獲得諾貝爾物理學獎。


在量子力學領域裡,所有的有形性質都是“可量子化的”。“量子化”指其物理量的數值是特定的,不連續的,而不是任意值。例如,在(休息狀態的)原子中,電子的能量是可量子化的。這決定原子的穩定和一般問題。

而原子還可以繼續分割為帶正電的原子核與帶負電的核外電子,是維持元素分子化學性質的基本單位。


Sithferia


看到“量子”這個詞,許多人在“不明覺厲”之餘,第一反應就是把它理解成某種粒子。但是隻要是上過中學的人,都知道我們日常見到的物質是由原子組成的,原子又是由原子核與電子組成的,原子核是由質子和中子組成的。那麼量子究竟是個什麼鬼?難道是比原子、電子更小的粒子嗎?

其實不是。量子跟原子、電子根本不能比較大小,因為它的本意是一個數學概念。正如“5”是一個數字,“3個蘋果”是一個實物,你問“5”和“3個蘋果”哪個大,這讓人怎麼回答?正確的回答只能是:它們不是同一範疇的概念,無法比較。

量子這個數學概念的意思究竟是什麼呢?就是“離散變化的最小單元”。

什麼叫“離散變化”?我們統計人數時,可以有一個人、兩個人,但不可能有半個人、1/3個人。我們上臺階時,只能上一個臺階、兩個臺階,而不能上半個臺階、1/3 個臺階。這些就是“離散變化”。對於統計人數來說,一個人就是一個量子。對於上臺階來說,一個臺階就是一個量子。如果某個東西只能離散變化,我們就說它是“量子化”的。

跟“離散變化”相對的叫做“連續變化”。例如你在一段平路上,你可以走到1米的位置,也可以走到1.1米的位置,也可以走到1.11米的位置,如此等等,中間任何一個距離都可以走到,這就是“連續變化”。

顯然,離散變化和連續變化在日常生活中都大量存在,這兩個概念本身都很容易理解。那麼,為什麼“量子”這個詞會變得如此重要呢?

因為人們發現,離散變化是微觀世界的一個本質特徵。

微觀世界中的離散變化包括兩類,一類是物質組成的離散變化,一類是物理量的離散變化。

先來看第一類,物質組成的離散變化。例如光是由一個個光子組成的,你不能分出半個光子、1/3個光子,所以光子就是光的量子。陰極射線是由一個個電子組成的,你不能分出半個電子、1/3個電子,所以電子就是陰極射線的量子。

在這種情況下,你似乎可以拿量子去跟原子、電子比較了,但這並沒有多大意義,因為它是隨你的問題而變的。原子、電子、質子、中子、中微子這些詞本身就對應某些粒子,而量子這個詞在不同的語境下對應不同的粒子(如果它對應粒子的話)。並沒有某種粒子專門叫做“量子”!

再來看第二類,物理量的離散變化。例如氫原子中電子的能量只能取-13.6 eV(eV 是“電子伏特”,一種能量單位)或者它的1/4、1/9、1/16 等等,總之就是-13.6 eV除以某個自然數的平方(-13.6/n2 eV,n可以取1、2、3、4、5等),而不能取其他值,例如-10 eV、-20 eV。我們不好說氫原子中電子能量的量子是什麼(因為不是等間距的變化),但會說氫原子中電子的能量是量子化的,位於一個個“能級”上面。每一種原子中電子的能量都是量子化的,這是一種普遍現象。

發現離散變化是微觀世界的一個本質特徵後,科學家創立了一門準確描述微觀世界的物理學理論,就是“量子力學”。現在你可以明白,這個名稱是怎麼來的,它其實是為了強調離散變化在微觀世界中的普遍性。量子力學出現後,人們把傳統的牛頓力學稱為“經典力學”。

對普通民眾來說,量子力學聽起來似乎很前沿。但對相關專業(物理、化學)的研究者來說,量子力學是個很古老的理論,——已經超過一個世紀了!

量子力學的起源是在1900年,德國科學家普朗克(Max Planck)在研究“黑體輻射”問題時,發現必須把輻射攜帶的能量當作離散變化的,才能推出跟實驗一致的公式。在此基礎上,愛因斯坦(Albert Einstein)、玻爾(Niels H. D . Bohr)、德布羅意(Louis V. de Broglie)、海森堡(Werner K. Heisenberg)、薛定諤(Erwin R. J. A. Schrodinger)、狄拉克(Paul A. M. Dirac)等人提出了一個又一個新概念,一步一步擴展了量子力學的應用範圍。到1930年代,量子力學的理論大廈已經基本建立起來,能夠對微觀世界的大部分現象做出定量描述了。


Eins田


這個問題可以根據這幾個維度來區分:

1、大小不一樣

原子:指化學反應不可再分的基本微粒,原子在化學反應中不可分割。

分子:是由組成的原子按照一定的鍵合順序和空間排列而結合在一起的整體,

這種鍵合順序和空間排列關係稱為分子結構。

質子:質子是一種帶正電荷的亞原子粒子

電子:最早發現的基本粒子

量子: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,並把最小單位稱為量子。

粒子 :是指能夠以自由狀態存在的最小物質組成部分。


2、組成不一樣

原子:原子由原子核和繞核運動的電子組成。

分子:分子由原子構成,原子通過一定的作用力,以一定的次序和排列方式結合成分子。

質子:質子屬於重子類,由兩個上夸克和一個下夸克通過膠子在強相互作用下構成。

電子:一切原子都由一個帶正電的原子核和圍繞它運動的若干電子組成。

量子:一個不可分割的基本個體。

粒子 :不同的粒子,由不同組成。


所以這裡做個總結:

原子由原子核和核外電子組成。原子核由質子和中子組成。

中子不帶電,質子帶正電,電子帶負電。

中子和質子由夸克組成

分子、原子、原子核、中子、質子、電子屬於微觀粒子,通稱為量子。

電子是最早發現的基本粒子。

帶負電,是電量的最小單元。 常用符號e表示。


一切原子都由一個帶正電的原子核和圍繞它運動的若干電子組成。


電子的定向運動形成電流,如金屬導線中的電流。


利用電場和磁場,能按照需要控制電子的運動(在固體、真空中),

從而製造出各種電子儀器和元件,如各種電子管、電子顯微鏡等。



52赫茲實驗室


量子、原子、電子都是激發態的物質,屬於“等離子體”。

“等離子體”是磁場裡高速流動的物質,高速流動的物質轉化為金屬態氫離子。



金童希瑞


原子、電子等都稱量子。它們都有波粒二象性。都符合薛定諤波動方程,量子糾纏,符合貝爾不等式!


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