什么样的粒子才是量子?与分子、原子、电子又有什么关系?

2024-05-09

1. 什么样的粒子才是量子?与分子、原子、电子又有什么关系?

关于无限细分的典故有好多个,比如战国时期的《庄子·天下篇》中描述的:“一尺之棰,日取其半,万世不竭”,也有古希腊时期的“芝诺悖论”,还有之诺悖论演绎的“阿喀琉斯追龟辩”,都说明了我们的物质世界都可以无限细分,尽管古人并不知道微观世界是个如何的样子,但超前的思想无不令我们佩服,那么是正确的吗?

一、紫外灾变
十九世纪末科学家已经意识到,物质的表观温度与它内部的微观粒子活动剧烈程度有关,而只要微观粒子在运动中,那么就会有宏观的温度表现,这种表现将会以电磁辐射方式向周围发射,比如我们站在一块烧红的钢铁旁边,瞬间就会感受到它澎湃的热量!

如上图,这块钢板因为加热端在另一侧,因此整块钢板的温度分布是不均的,而这个现象最早在牛顿时代就已经被发现了,因为牛顿用三棱镜将太阳光分解成了七色,其实完全不止,只不过我们肉眼能看到七色而已。

不过比较可惜的是牛顿并没有深究七色光分解的单色光的相对亮度有什么奥妙,一直到200多年后的十九世纪五十年代之后,才有科学家将物体的亮度分布与频率分布图精确绘制出来。在这个基础上,1879年和1884年斯洛文尼亚物理学家斯特藩和奥地利物理学家玻尔兹曼独立发现了热力学中的著名定律:黑体在单位面积、单位时间内辐射的总能量与内体本身的绝对温度T的四次方成正比:

在玻尔兹曼这棵大树下,维恩和瑞丽-金斯分别推出了符合部分波段辐射能量计算的经典公式。

从上图中我们可以看到维恩公式在短波长辐射上的计算是几乎是完美的,而瑞利-金斯公式则在长波辐射上计算跟观测完美匹配的。

但用随着辐射频率上升,瑞利-金斯公式的计算结果能量密度迅速上升,最终达到∞大的恐怖结果,显然这是不可能的。而频率上升,在可见光趋向紫色光谱甚至紫外,这就是所谓的“紫外灾变来历”
二、普朗克与他的能量子论
普朗克注意到了这两个经典公式之间的窘境,他从1894年开始研究黑体辐射,一直都想把两个公式统一起来,推导出黑体辐射的全频段普适公式。当然我们现在都知道了普朗克将能量“量子化”以后完美的解决了这个问题,使得普朗克成为量子力学的开山鼻祖之一,在这一点上他应该不能忘记上文提出现过那个天才玻尔兹曼的帮助。

普朗克的能量子假设,完美的解决了黑体辐射的问题同时还解决了固体的比热问题。

普朗克的计算结果与实际结果完美契合,但当时普朗克并没意识到他已经开创了一个全新的不同于以往的世界,这个世界并不是连续的,而是一份份的!而这个超前的理论一直到数年后才被逐渐接受,并且普朗克因此获得了1918年的诺贝尔奖。
三、这个一份份的世界,还包括哪些?

这副秒杀现代任何明星普朗克侧脸照上的中文标注已经描绘出了世界的真谛,我们这个世界是不连续的,无论是能量、时间还是距离,还有物质,尽管不能无限细分,但至少我们摸到了部分物质世界的尽头,发现了物质世界最小的砖块:

以及粘合这些砖块的水泥

费米子就是物质最小的单元砖块,玻色子就是粘合这些砖块的水泥,那么这么多最小的分割单元中哪些是量子哪些又不是量子呢?

如果从广义上来区分,量子就是物理学中物体不可分割的最小部分,但它并不代表某种粒子,准确的说用量子化来描述这个量子会更精确一些,比如前文将黑体辐射的能量量子化,比如时间也可以量子化(普朗克时间,时间的最小单位),长度也可以量子化(普朗克长度,长度的最小单位),甚至电子的自旋也是量子化的。

什么样的粒子才是量子?与分子、原子、电子又有什么关系?

2. 量子与原子、电子都有什么区别呢,原因是什么?

量子,原子,电子是经常会听到的几个概念,它们之间是有明显的区别的。爱因斯坦曾在1905年的时候提出过光量子假说,里面提到光是由不可分割的一个个能量子组成的,叫做光子,光具有粒子性。由此可见量子其实是一个不能再分割的最小基本单位体,而原子、电子等都可以再进行分割,并不是最小单位,所以它们和量子之间是有明显的区别的。
一、原子和电子都有可以再进行分割的单位原子的主要构成成分是原子核和核外电子,原子核由质子和中子构成,都是可以再进行切分的单位。而电子有不能独自存在于材料之外的空穴子、自旋子和轨道子,理论上是可以再分割的,所以电子也不是量子。
二、量子的相关概念和量子力学量子的实质是一个物理量的最小单位体,一个物理量存在着不能再进行切分的基本单位时,即一个量子化的物理量,则拥有量子。相关学说有普朗克能量量子化假设和爱因斯坦的光量子假说,量子概念还衍生了衍生物量子力学,是以普朗克能量量子化假设为基础。在现实生活中有非常多的应用,是一种影响很广的理论,普朗克也是首次提出量子化假设,并由此推导出了普朗克公式。
量子、原子、电子这几个概念之间是有显著的区别的,量子是一种概念,而原子和电子则是一种微观粒子,有着本质上的区别。它们之间的关系是量子概念的产生触发了量子力学的诞生,也促进了研究原子,电子等微观粒子运动规律和性质的相关理论进一步发展。量子力学本质上是一种研究微观粒子的理论,量子、原子和电子是构成我们生活中重要的元素,跟我们的生活息息相关,有密切的联系。 

3. 量子力学中的“量子”,是一种什么东西?

量子并不是分子、原子、电子、质子这些微观粒子上的概念,任何一个物理量如果存在一个最下不可分割的单位,这样的物理量就是量子化的,它的最小单位就叫量子。

在传统力学里面我们的物理量都是连续的,以能量为例,我们可以要1焦耳的能量,可以要0.1焦耳的能量,可以要0.000001焦耳的能量,而且只要我们高兴,似乎我们可以要无穷小的能量(只要科技手段足够发达)。但是量子力学告诉我们,你想要无穷小的能量是不可能的,因为能量是量子化的,它有一个最小不可分的能量单位,你小到这里就不能再小了,所有的能量都是这个最小能量的整数倍。

不光能量,很多物理量都是这样的,基于这样一种模型建立的力学体系就叫量子力学~

量子力学中的“量子”,是一种什么东西?

4. 量子到底是什么?是比原子,电子更小的粒子.还是一种理论

原子由原子核和在原子核和带负电的电子组成。
(原子核一般由带正电荷的质子和不带电的中子构成。)
量子是一个比较宽泛的概念~应该是指量子力学中研究的各种粒子,包括质子,中子,电子……
粒子也是比较宽泛的概~泛指各种微粒。
离子是带电微粒~
因为量子,粒子范围太大,没法比较。
能确定大小的最小的是电子吧~
我就知道这么多~希望能对你有所帮助

5. 什么是量子不要百度百科的,量子和原子电子有有什么不一样它不也是微观粒吗

量子不是粒子  它代表最小单位的能量    最小的能量值是一个能量子   数值好像就是一个普朗克常量h  构成光的最小能量叫光子   这些到了高中物理 选修书量子力学里都有 你到时候都会知道  我都忘光了    以前研究的人发现能量的传递不是连续的    不是说传递任意值的能量就能传递任意值的能量     人们发现能量的传递是一个数值的整数倍   发现能量也有小到不可再分的一份    必须得按这一份的整数倍传递   如果有计量能量类似温度计一样的东西  把它放大到能看到整个细节的时候  你会发现里面的"水银"不是像我们平常感觉到的连续的下落 而是快速的一格一格的往下掉    一格就是一个量子   数值好像是多少点几几的负三十几次方    
只学到高中物理才疏学浅的我是这样理解的 各位网友仅作参考 也请专业人士更正:当接触到能量子后 就不要再有连续的概念 量子作为宇宙中最小的能量 一切东西都以量子的整数倍存在   没有变化是连续的  将现实世界以量子的眼光看  没有比量子还小的位移 你从这里走到那里 好像整个过程没有一个地方落下  其实你的身体动作都是一格一格的位移   你与人说话  感觉自己嘴唇是连续的动   其实慢放到量子级  你的嘴唇是在一格一格的动  而格与格之间你并没接触过    也没有连续的线  那只是一个很密的点集 点与点之间距离最小为量子的点集 也没有连续的时间与空间  数学函数里的连续在现实中是讲不通的  将函数图像量子化   函数都是点集 哪来的连续  所以数学里的负一百次方在现实中 呃...   大概是没有意义的吧    所以数学是脱离现实的理想化研究的学科  所以还是物理容易理解    作为读书时代数学烂到家的理科生如是说      结论:很久以前的哺乳动物眼里只有黑白灰三种颜色  直到某些哺乳动物进化出了感觉色彩的能力   让我们可以看见斑斓的可见光   直到我们发现了对红外线敏感的材料才看见还有红外线  直到我们研究电磁波  才知道整个光谱

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6. 请问量子和粒子的关系是什么?

量子,即“量子化现象”,是指在微观世界的物理系统中出现的某些物理量不允许连续取值,只可能出现一些离散的数值的物理现象,是微观世界的普遍现象。最早发现的量子现象相关理论有普朗克发现的量子化黑体辐射能量公式,和爱因斯坦发现的解释光电现象的光量子理论。
在微观世界中,几乎所有物理量都是可能出现量子化的。在最新的超弦理论中,甚至空间和时间也被量子化了,通过这两个物理量的量子化,解决了黑洞奇点问题,也就是说黑洞不可能收缩为无限小的点。

粒子,即“基本粒子”,是指微观世界中被认为不可再拆分的物质构成单位,比如,大家熟知的电子就是基本粒子,是“轻子”中的一种。光子、中微子、μ子也是轻子。质子和中子是“重子”的一种,但后来认为质子和中子是由夸克组成的,从这个角度说,质子和中子不是基本粒子,但夸克现在是基本粒子。

从上面的描述知道,量子和粒子是两种很不相同的,没有什么关联性的概念。

7. 怎样理解“量子”和“粒子”的关系呢?

量子,即“量子化现象”,是指在微观世界的物理系统中出现的某些物理量不允许连续取值,只可能出现一些离散的数值的物理现象,是微观世界的普遍现象。最早发现的量子现象相关理论有普朗克发现的量子化黑体辐射能量公式,和爱因斯坦发现的解释光电现象的光量子理论。
在微观世界中,几乎所有物理量都是可能出现量子化的。在最新的超弦理论中,甚至空间和时间也被量子化了,通过这两个物理量的量子化,解决了黑洞奇点问题,也就是说黑洞不可能收缩为无限小的点。

粒子,即“基本粒子”,是指微观世界中被认为不可再拆分的物质构成单位,比如,大家熟知的电子就是基本粒子,是“轻子”中的一种。光子、中微子、μ子也是轻子。质子和中子是“重子”的一种,但后来认为质子和中子是由夸克组成的,从这个角度说,质子和中子不是基本粒子,但夸克现在是基本粒子。

从上面的描述知道,量子和粒子是两种很不相同的,没有什么关联性的概念。

怎样理解“量子”和“粒子”的关系呢?

8. 原子物理学或是量子力学关于电子一个小疑问

  经典电磁理论和有核原子模型主要是用于解释原子的结构问题,成功解释了原子核外电子的运动问题。但是,原子核外电子的运动形式是怎么样的呢?根据经典电磁理论,绕核高速旋转的电子不断以电磁波的形式发射出能量,结果会导致:
  ①电子能量不断减少,很快就会落在原子核上,构成一个不稳定的体系;
  ②辐射的电磁波频率应该是逐渐变化的,原子光谱应属于连续光谱。
  
  实际光谱实验的结果为:原子稳定存在;原子光谱为线状光谱。这些矛盾经典理论无法解释,从而催生了玻尔原子结构理论,初步解释光谱产生的原因及规律性。
  
  至于为什么会向外辐射能量的问题?首先,原子是在外界条件如火花、电弧等激发下,能量升高,按照经典电磁理论,电子只需要在更高的轨道上匀速运动就可以了,但事实上电子还是会回到原来的轨道上运动。

附件中为个人总结关于原子结构理论的发展过程,希望能帮助你。