究竟什么是量子？

最初我們對自然界的認(rèn)知是建立在牛頓那些人建立的經(jīng)典物理學(xué)的世界里面，在宏觀的世界中，我們能夠用肉眼所見的物理現(xiàn)象差不多都能夠得到解答，類似萬有引力、自由落體這些基本物理原理，我們已經(jīng)可以對某些事物的情況進(jìn)行精確的計(jì)算，但是自從電燈泡被發(fā)明之后，我們就對發(fā)熱物體表現(xiàn)出來的光比較迷惑，那就是為啥加熱的燈絲可以發(fā)射出紅黃光和白光，卻沒有進(jìn)一步出現(xiàn)藍(lán)光和紫光呢，光譜分析所得到的藍(lán)紫光也比較少，那么究竟加熱物的溫度與光有什么聯(lián)系，這些都是以前的物理所不能解釋的。

帶著這個(gè)問題，馬克斯·普朗克采用了黑體輻射器對溫度和光的頻率進(jìn)行了研究，并在1900年發(fā)表了《論正常光譜能量分布定律的理論》，得出了黑體輻射定律，并提出了最小能量源E這個(gè)概念，首次表明了能量的不連續(xù)性結(jié)果，這成為普朗克的能量量子化假說開端，也為將來量子學(xué)發(fā)展埋下了伏筆，不過這一理論與當(dāng)初認(rèn)為的能量均分定理相違背，所以他的理論僅被當(dāng)時(shí)的人當(dāng)做茶余飯后談?wù)摰脑掝}，幾乎沒多少人拿這當(dāng)回事，僅在做實(shí)驗(yàn)的時(shí)候拿的他理論來使用一下。

不過對這個(gè)能量E真正解釋清楚的是愛因斯坦，因?yàn)楫?dāng)時(shí)世界已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了光電效應(yīng)這種現(xiàn)象，但是按照傳統(tǒng)物理學(xué)的理論，光是一種連續(xù)的電磁波，理論上只要提供足夠強(qiáng)度的光對金屬表面照射，就可以讓電子脫離金屬表面，然而事實(shí)上這種現(xiàn)象的發(fā)生僅與光的頻率有關(guān)，而與其強(qiáng)度無關(guān)，這無疑給了物理界澆了一盆冷水，而愛因斯坦在普朗克能量量子的假設(shè)下，巧妙的將光解釋成為粒子，或者叫“光量子”，每一個(gè)光子的能量都與其頻率成正比，能量為hv，頻率越高，能量越大，于是可以打出的電子就越多，這最終解釋了光電效應(yīng)的問題，同時(shí)也解釋清楚了E的問題，也使得人們對光的認(rèn)知進(jìn)入了一個(gè)新的時(shí)代。

十九世紀(jì)和二十世紀(jì)是一個(gè)科技爆炸的年代，同一時(shí)期與量子相關(guān)的還有原子光譜的問題，那就是將稀有氣體放在一根玻璃管中通入高壓電，里面的氣體就會發(fā)光，而將其光用分光鏡分離的時(shí)候，就出現(xiàn)了非常確定的分立光譜線條，請注意，是非常確定，這實(shí)驗(yàn)結(jié)果與其他光源光譜出現(xiàn)的連續(xù)分布光譜不同，人家呈現(xiàn)出均勻分布的帶狀，而它則是分立的線條狀，這個(gè)問題困擾著當(dāng)時(shí)的科學(xué)家。

而當(dāng)時(shí)的物理界已經(jīng)認(rèn)為原子組成是由原子核和電子組成的，按照當(dāng)時(shí)的經(jīng)典物理學(xué)理論，這些光是電子運(yùn)動(dòng)輻射出來的，而且根據(jù)能量均勻分布定理，預(yù)測光譜應(yīng)該是均勻分布的，而且按照經(jīng)典物理學(xué)也揭示電子會最終掉進(jìn)原子核中，但是現(xiàn)實(shí)的情況是原子一直非常的穩(wěn)定，并不會出現(xiàn)電子最終掉進(jìn)原子核的情況，而且光譜分析出現(xiàn)的是分立的線條光譜，經(jīng)典的物理學(xué)理論是無法對其進(jìn)行解釋的，最終波爾在這些問題的基礎(chǔ)上提出電子軌道說，他首次指出電子是在特定軌道上運(yùn)行的，每變換一個(gè)軌道就輻射出對應(yīng)的能量，這些能量是不連續(xù)的，并且不可細(xì)分，這種現(xiàn)象就是目前我們都知道的量子躍遷現(xiàn)象。

這些新興的理論提出無疑在挑戰(zhàn)著當(dāng)時(shí)的經(jīng)典物理學(xué)，因?yàn)樗麄兿胂蟛坏皆谖⑿〉氖挛锷蠒羞@樣的問題，如果你覺得量子學(xué)說在此就完結(jié)的話，那么接下來要講的就會一舉打破你對傳統(tǒng)事物的認(rèn)知范圍，這就是著名的電子雙縫實(shí)驗(yàn)。最初我們都認(rèn)為電子是一個(gè)個(gè)體，所以它在穿過孔洞的時(shí)候應(yīng)該是和普通球體穿過孔洞一樣的，例如無數(shù)電子穿過一條縫的時(shí)候，打在背后的屏幕上就應(yīng)該是一條線，而穿過兩條縫隙的時(shí)候就是兩條線才對，但是實(shí)驗(yàn)中，電子束在穿過兩條縫隙的時(shí)候則表現(xiàn)出了波的特性，在屏幕背后出現(xiàn)了明暗間隔的條紋，這是波才具有的干涉現(xiàn)象，如果你認(rèn)為可能是電子束中的電子非常的擁擠造成的現(xiàn)象，那么好，實(shí)驗(yàn)則改為發(fā)射單個(gè)電子繼續(xù)實(shí)驗(yàn)，最初打過去的電子一個(gè)則會顯示一個(gè)，于是打過去無數(shù)多個(gè)電子之后，同樣的現(xiàn)象發(fā)生了，依舊是波的干涉現(xiàn)象，這里就出現(xiàn)了一個(gè)非常大的問題，那就是電子原本是個(gè)粒子，打過去的粒子一個(gè)則是一個(gè)，為啥會出現(xiàn)干涉的現(xiàn)象呢，唯一的解釋就是同時(shí)出現(xiàn)了兩個(gè)電子在縫中穿過，和波的干涉原理一樣，兩縫同時(shí)有波穿過才能互相干涉形成條紋，這就意味著電子在穿過縫細(xì)前是先變成兩個(gè)電子，然后穿過縫細(xì)后再互相干涉變成一個(gè)的，而這種現(xiàn)象同時(shí)也出現(xiàn)在了現(xiàn)今的單光子雙縫實(shí)驗(yàn)一樣，粒子怎么會突然間表現(xiàn)出波的性質(zhì)呢。

如果你覺得一定是實(shí)驗(yàn)無法發(fā)射單個(gè)電子或者光子做實(shí)驗(yàn)的話，那么請繼續(xù)往下看，接下來的這個(gè)實(shí)驗(yàn)就非常的離奇了，當(dāng)科學(xué)家們希望采用科學(xué)儀器探測單個(gè)粒子穿過縫隙來研究粒子具體怎么穿過縫細(xì)的，神奇的事情發(fā)生了，波的干涉條紋消失了，留下的是一個(gè)雙縫條紋，這一實(shí)驗(yàn)結(jié)果即使是留在現(xiàn)今我們也是大惑不解，觀測直接可以影響結(jié)果的實(shí)驗(yàn)，看得出電子類似一種有意識的事物，當(dāng)你觀測的時(shí)候表現(xiàn)就像普通粒子一樣，當(dāng)你不觀測的時(shí)候就表現(xiàn)出波的性質(zhì)，這就像《三體》講到的用質(zhì)子鎖死地球科技一樣，這一結(jié)果讓我們對世界產(chǎn)生了懷疑，我們這個(gè)世界是真實(shí)的嗎？

目前為止對此解釋的比較準(zhǔn)的就是波動(dòng)學(xué)說，其中著名的薛定諤方程就是代表之一，他表示這些電子其實(shí)就是概率波，電子打過去之后具體落在哪由概率決定，因此事先我們都是不能知道具體的電子情況的，具有概率性和不確定性。

至于之后的量子糾纏算了不說了，累，量子用目前的解釋來講，就是一個(gè)物理量如果存在最小的不可分割的基本單位，則這個(gè)物理量是量子化的，并把最小單位稱為量子，通俗地說，量子是能表現(xiàn)出某物質(zhì)或物理量特性的最小單元。