量子力學 逆天而生14 人類的智慧

量子力學誕生於20世紀初，量子力學是研究原子，電子等微觀世界物理規律的理論，量子力學與愛因斯坦的相對論被稱為現代物理學的兩大基石。宇宙是由大量的原子等微觀粒子集合而成，所以量子力學~量子論是宇宙全體最為根本的法則。

量子力學出現前，人們認為光的強度是可以無限變弱的，但是在量子力學裡，光是存在最小的單位的，不可再分的光量子，也就是光子，具有不連續的性質，如果把一個光子的能量設定為1，那麼，光的強度（能量）將是1的整倍數，也就是說1.6或者0.3這些數字是不可能用來描述測量光的能量的。這就是量子力的說的基本粒子的不連續性質。

光的能量是一份一份的，意味著光是由具有粒子性質的光子集合而成，我們之所以能看到夜空中的星星，就是因為光是光子的集合，假如光是連續的，光在傳播光的強度會隨著距離的增加，而被無限的攤薄，如果光是連續的，當遙遠星系的光到達人眼的視網膜時，會非常微弱，以至於我們視網膜上的感光分子無法分辨，就是說，如果光是連續的，我們將看不到星星。光作為光子（光量子）的集合，從光源發出的光子的密度雖然會降低，但每一個光子本身是獨立的，能夠保持自己的能量，光的能量就不會被無限攤薄了，所以光子作為粒子打到視網膜上的時候，有足夠的能量讓我們看到星星。

量子理論出現之前，人們一直認為光是一種波，比如我們看到色彩斑斕的肥皂泡，這現象就是光作為波的性質的光的干涉效應，也就是說光同時具有波和粒子的雙重性質，這就是「光的波粒二象性」。

根據量子論，單個的光子，電子就同時具備波和粒子兩個性質。一個基本粒子，不去觀測它時，它的表現像一個波，觀測的話，它就表現出粒子的形態，但觀測到基本粒子的範圍是在那粒子波的範圍內。數學上表達電子波的方式是使用「波函數」，在原子內部求解電子波的波函數方程式就是「薛定諤方程」，通過數學上的運算就能求解在原子，分子內部的電子軌道。通常用「位置的漲落」來描述基本粒子運行的軌道規律，這就是量子力學裡的「測不準原理」也叫「不確定性原理」。

1913年，玻爾構造了一個原子的模型，認為原子內部的電子所攜帶的能量也是一份一份的，允許電子存在的軌道就變化了分立的了，當電子從高能軌道去低能軌道的時候就會發光，發出來的光的能量等於軌道之間的能量差，由於電子的軌道是分立的，所以他發出光的顏色（波長）也就變得分立了。這解釋了無色的光通過稜鏡後會分解成不同顏色的光的原理。同時也成功解釋了冶煉時，觀測高溫物體發出來的光的顏色就可以推測處溫度的高低，比如紅色是600度左右，黃色是1000度左右，白色是1300度左右。

不同的原素之間的差別是不同原素的電子配置的不同相關的，電子配置的不同決定了各種原素的化學反應的性質也不同~容易形成什麼樣的離子，容易與什麼樣的元素髮生化學反應等等，化學的根本原理是量子力學支配的

把宏觀的物體看做是大量的原子組成的集合體，根據量子論，來研究它們性質的物理學叫做「凝態物理」，現代人所用的電子產品中的各種半導體，集成電路晶元，都是建立在凝態物理學上，就是說是量子力學的實際運用。所有電子產品都是受量子力學支配的。

從原子核到夸克等基本粒子，和光子，電子一樣，同時擁有粒子和波的屬性，整個宇宙都由量子論支配，量子論幾乎是所有物理學理論的基礎理論，除了引力~萬有引力，就是愛因斯坦的廣義相對論提出的引力是時間和空間的彎曲，產生的引力現象。為了統一廣義相對論，物理學提出了「量子引力理論」，其中最有競爭力的就是「超弦理論」，超弦理論認為所有的基本粒子都是「弦」，所有的物質的外在表現只是弦震動的頻率和方式不同而已。謝謝大家，今天的講座到此結束。

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！