關於量子力學幾大問題的解答:量子不是粒子,而是一種物理概念

2020-11-26 騰訊網

問：量子力學究竟是什麼？

答：量子力學是一門研究微觀粒子運動規律的物理學理論，研究對象（微觀粒子）包括：分子、原子、原子核、基本粒子（光子、夸克、電子、中微子等），量子力學是現代物理學的兩大基礎之一，經典力學是主要解釋宏觀低速物質的運動規律，相對論是主要解釋宏觀高速世界物質的運動規律，量子力學主要解釋微觀世界粒子的運動規律。

問：量子力學中的量子究竟是基本粒子中的哪一種粒子？

答：量子並不是我們已知粒子中的任何一種粒子，準確來說：量子根本就不是一種實體粒子，而是物理學家人為定義的一種物理概念，就好像牛頓發現有質量的物體之間有相互吸引的力，於是牛頓將這種力命名為萬有引力一樣，同理，世界上根本不存在一種名為量子的粒子，而是物理學家將一種物理概念定義為量子，量子代表的是可以量子化的物理量的最小單位。

問：量子化是什麼意思？

答：量子化是量子力學的基礎，最早在1900年由德國物理學家普朗克在研究黑體輻射時提出的，普朗克創造性的假設：能量的傳播並不是連續不斷的，能量存在著最小單位，能量是一段、一段進行傳播的，這一段、又一段的能量就是能量子，又稱量子，這就是量子的最早概念，即能量的最小單位，如果某種物理量是存在著不可被無限分割的最小單位，那麼這個物理量就是可以量子化的。

這裡給大家舉一個例子，量子化就好像樓梯一樣，我們上樓的時候只能一層臺階、一層臺階的向上邁，樓梯的臺階只能使用整數計量，例如：第一層臺階、第二層臺階、第三層臺階，永遠不會出現1.3層臺階、2.87層臺階，這就意味著樓梯是不能被無限分割的，樓梯存在著最小單位的，這一層、一層的臺階就是量子。

除了能量之外，溫度、長度、電荷、粒子自旋等物理量可以量子化，例如：粒子的自旋只能取整數（0、1、2、3等）或者半奇數（1/2、3/2等），粒子的電荷值必須取電子或質子電荷量的整數倍，舉一個例子：我們想要描述核外電子的運動，那麼我們需要四個物理量，主量子數n（電子運動軌道）、角量子數l（電子角動量）、磁量子數m（軌道的延伸方向）和自旋量子數s（電子的自旋），這四個物理量都是量子化的，意味著這四個物理量都存在一個最小單位。

問：量子力學是不是物理學中的唯心主義？

答：不是，任何現代科學都不可能是唯心主義的，現代科學一定是以客觀規律去解釋物質運動，其中不會夾雜任何的人的主觀意識，量子力學之所以會被我們誤解成與唯心主義扯上關係，主要是因為量子力學中哥本哈根詮釋中提出的觀測概念，哥本哈根詮釋認為：任何微觀粒子在沒有被觀測之前，都處於一種無法確定的狀態，我們稱之為疊加態，沒有被觀測的粒子沒有可以圖像化的運動軌跡、沒有可以確定的動量與位置，此時的微觀粒子處於一種空間中所有可能性的概率疊加態。

那麼如何才能確定微觀粒子的狀態？

哥本哈根詮釋認為：只有觀測行為才能使微觀粒子的概率疊加態坍縮成可以確定的本徵態，也就是說微觀粒子只有被觀測後才從一種無法確定的概率變成實實在在的實體粒子，但是對於如何定義這個重要的觀測行為呢？這是一個十分麻煩的問題，是人的觀測導致微觀粒子的概念疊加態崩塌？還是機械觀測行為導致微觀粒子的疊加態崩塌？

這是很難界定的，而人的觀測行為難免又與人的意識有著說不清、道不明的複雜關係，所以哥本哈根詮釋對於觀測行為的解釋是十分曖昧的，物理學家對此也是選擇能不講、就不講，乖乖計算就好，所以量子力學的哥本哈根詮釋會被一些對此不了解的人誤解成唯心主義。

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