量子是什麼東西?有什麼性質?有多大呢?

  • 作者:由 匿名使用者 發表于 書法
  • 2021-09-26

量子是什麼東西?有什麼性質?有多大呢? 匿名使用者 1級 2015-02-23 回答

量子是一個物理概念,沒有大小之分。

其基本概念為所有的有形物質是“可量子化的”。“量子化”指其物理量的數值是特定的,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。

量子化現象主要表現在微觀物理世界。描寫微觀物理世界的物理理論是量子力學。

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量子態隱形傳輸是基於量子糾纏態的分發與量子聯合測量, 實現量子態(量子資訊) 的空間轉移而又不移動量子態的物理載體, 這如同將密封信件內容從一個信封內轉移到另一個信封內而又不移動任何資訊載體自身,這在經典通訊中是無法想象的事。

基於量子態隱形傳輸技術和量子儲存技術的量子中繼器可以實現任意遠距離的量子金鑰分發及網路。

參考資料:搜狗百科-量子

量子是什麼東西?有什麼性質?有多大呢? 匿名使用者 1級 2015-02-24 回答

量子是一個物理概念,沒有大小之分,量子的性質指其物理量的數值是特定的,而不是任意值。

量子(quantum)是現代物理的重要概念。最早是M·普朗克在1900年提出的。他假設黑體輻射中的輻射能量是不連續的,只能取能量基本單位的整數倍。後來的研究表明,不但能量表現出這種不連續的分離化性質,其他物理量諸如角動量、自旋、電荷等也都表現出這種不連續的量子化現象。這同以牛頓力學為代表的經典物理有根本的區別。量子化現象主要表現在微觀物理世界。描寫微觀物理世界的物理理論是量子力學。

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個體。例如,“光的量子”是光的單位。而延伸出的量子力學、量子光學等更成為不同的專業研究領域。

其基本概念為所有的有形物質是“可量子化的”。“量子化”指其物理量的數值是特定的,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。

在20世紀的前半期,出現了新的概念。許多物理學家將量子力學視為了解和描述自然的的基本理論。在量子出現在世界上100多年間,經過普朗克,愛因斯坦,斯蒂芬霍金等科學家的不懈努力,已初步建立量子力學理論。

量子是什麼東西?有什麼性質?有多大呢? 匿名使用者 1級 2015-02-24 回答

量子(quantum)是現代物理的重要概念。最早是M·普朗克在1900年提出的。他假設黑體輻射中的輻射能量是不連續的,只能取能量基本單位的整數倍。後來的研究表明,不但能量表現出這種不連續的分離化性質,其他物理量諸如角動量、自旋、電荷等也都表現出這種不連續的量子化現象。這同以牛頓力學為代表的經典物理有根本的區別。量子化現象主要表現在微觀物理世界。描寫微觀物理世界的物理理論是量子力學。

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。

量子英文名稱量子一詞來自拉丁語quantus,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個體。例如,“光的量子”(光子)是光的單位。而延伸出的量子力學、量子光學等成為不同的專業研究領域。其基本概念為所有的有形性質是“可量子化的”。“量子化”指其物理量的數值是特定的,而不是任意值。例如,在原子中,電子的能量是可量子化的。這決定原子的穩定和一般問題。在20世紀的前半期,出現了新的概念。許多物理學家將量子力學視為了解和描述自然的的基本理論。

量子是什麼東西?有什麼性質?有多大呢? 匿名使用者 1級 2015-02-24 回答

量子可以理解為一份一份的粒子

量子是什麼東西?有什麼性質?有多大呢? 匿名使用者 1級 2015-02-24 回答

量子的基本觀念

量子代表了人類認識微觀世界的核心觀念,它不僅是微觀實物粒子存在的基本形式,而且描述了波與場所具有的粒子性特徵。以量子力學為中心的現代量子理論,完整地描述了微觀世界的量子行為。事至今天,雖然關於量子力學的基礎及其解釋還沒有定論, 但量子力學已成為現代科學的重要基石。在應用上,它導致了鐳射、半導體和核能技術的建立,深刻地影響了當代人類社會的生產力。

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一. 光量子

光量子是指光波客觀上具有的基本能量(動量)單元。它代表的量子觀念起源於二十世紀初對黑體輻射的研究。 普朗克發現, 為了解釋實驗中發現的黑體輻射能量的頻率分佈,必須假設電磁場輻射只能以“量子”方式進行,即發射和吸收的能量只能是每個“量子”能量的整數倍。這是與經典力學中能量連續性不一樣的革命性觀念。由此, 愛因斯坦進一步明確提出光量子(或光子)的概念,認為輻射場是由光量子組成。

光子與電子碰撞,其行為很象一個有特定能量和動量的實物粒子。由此可以很好地解釋了光電效應:光照射到金屬表面,只有當光的頻率足夠大時,電子才能克服表面的逸出功,脫離金屬表面。愛因斯坦進一步應用能量的不連續性,成功地解釋了固體比熱在 T=0 度時的行為。 光波能量不連續的量子觀念, 進一步啟發玻爾對於盧瑟福原子有核模型的深刻研究。他認為,原子只能存在於分立的能量定態,輻射只能發生原子在兩個定態之間躍遷。這個觀點克服了經典理論對原子有核模型預言(繞核電子會由於電磁場輻損失能量、塌縮到原子核上)與現實原子基本穩定的矛盾,成功地解釋了實驗中總結出來的氫原子光譜 Rydberg—Ritz 組合公式。

二. 物質波

量子概念另一個重要方面是德布羅意物質波概念的引入。德布羅意把光的波粒二象性觀點加以推廣,認為一切微觀粒子都具有波動性。一個動量為 p,能量為E 的自由的粒子,相當於一個波長為λ=h/p、頻率為ω=E/h、沿粒子運動方向傳播的平面波。許多實物粒子物質波的波長很短。例如,能量為 100 電子伏的電子, 其物質波波長僅為 0。12 奈米。 室溫下氫原子的物質波波長更短, 僅為 0。021奈米。

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1927 年,美國物理學家戴維遜和革末,在進行電子散射實驗時,一次意外事故使他們觀測到和 X 射線衍射類似的影象。同年,英國物理學家 G。P。湯姆遜完成了電子束穿過多晶薄膜的衍射實驗。這些都證明了電子具有波動性。以後,物理學家還陸續證實中子、質子乃至原子、分子等等微觀粒子都具有波動性。對於宏觀物體而言,由於其物質波波長極短(遠遠小於宏觀物體的尺度),其波動效應通常很難觀察到的。

三:不確定關係與互補(並協)原理

在經典物理中,描述質點特徵的幾個物理量通常可以在任意精度內加以同時測量。當微觀粒子表現為物質波,它的空間位置和動量是不能同時確定的,只會有不確定值∆p 和∆x。德國物理學家海森伯指出,動量和位置不能同時確定的程度,由普朗克常量 h 加以限定,具體結果表示為“不確定性關係”: ∆p∆x≥h/2。它量子理論描述的微觀粒子最基本特徵之一。對此物理上的一種直觀的解釋是海森伯提出的“測量干擾”的觀念。例如,為了觀測電子用光去照射它,要求觀測得精確(即∆x 越小),就得用波長短的光去照射電子;光子波長越短意味著光子動量越大,電子受到碰撞後其動量偏差∆p 越大。

在物質波的雙縫干涉實驗中,如果準確測量到粒子通過了哪一個縫,干涉條紋便不再存在了-發生量子退相干。玻爾認為,量子退相干根源在於互補性(並協)原理:物質存在著波粒二象性,但在同一個實驗中波動性和粒子性是互相排斥的。知道粒子走哪一條縫,等於強調粒子性(只有“粒子”才具有確定位置,而波則彌散於整個空間)。根據互補性原理,波動性被排斥了,干涉條紋便消失了。對於量子退相干,通常也可以用海森伯“測量擾動”解釋,但測量擾動並不是退相干唯一的根本原因。在不干擾冷原子空間運動的前提下, 1998 年的冷原子干涉實驗利用內部狀態記錄了空間路徑的資訊(形成了原子束空間狀態和內部狀態的糾纏態),導致干涉條紋的消失。

四:量子力學

量子力學是描述微觀世界運動的基本理論,它包括互為等價的矩陣力學和波動力學。為了發展玻爾思想,“以適用於更復雜的原子”, 1924 年,海森堡首先提出了革命性觀點:在原子世界,每個可觀察的實驗結果(如氫原子譜線)總是與兩個“玻爾軌道”有關,一個絕對的、由速度和座標同時確定的軌道在描述原子的微觀理論中是沒有意義的。人們應當處處使用“兩個軌道”來描述可觀察的物理量。例如,原子的電磁輻射可以由電子座標隨時間的變化來描述,可能輻射的頻率是其付裡頁展開式中出現的頻率—Rydberg—Ritz 組合中有兩個指標的實數。於是應當把座標和動量等可觀察物理量都看成具有兩個指標元素的矩陣(或算符)。這時,座標 Q 和動量 P 是不對易的,即 QP 不等於 PQ。在玻恩和約當的協作下,海森堡這個重要發現導致了矩陣力學的建立。它的誕生成功地克服了玻爾理論處理複雜原子時遇到的困難。

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量子力學另一表述-波動力學是薛定諤在 1924 年建立的。其核心是用滿足薛定諤方程的時空點上的波函式描述粒子的運動。根據玻恩提出的機率解釋,波函式的絕對值平方代表了電子在空間的機率分佈。例如,原子中的電子可以用波函式描述,形成所謂的電子雲。在波動力學中,原子的定態是薛定諤方程的本徵態,相應的本徵值就是原子的能級。原子的電磁輻射可描述為從一個能級到另外一個能級的躍遷。狄拉克透過建立表象理論,把矩陣力學和波動力學的描述完美地結合起來,而且把它推廣到狹義相對論描述的高速運動情況,成功地預言了正電子的存在。反物質粒子的發現,把量子力學理論推上科學的頂峰。

(本文中的文字內容轉自孫昌璞院士的文章:什麼是量子)

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