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解說之一,量子到底是不是物質,怎麼看到量子呢?

2021-11-09由 網紅美妝教室 發表于 體育

1、量子主要是指電子在原子核外運動出現的能量量子化特徵,量子不是物質。

電子在原子核外運動能量量子化是電子的一個屬性,就像電子有電荷也是電子的一個屬性,電荷顯然不是物質,同理量子不是什麼物質。

電子是帶有負電荷的基本粒子,因此電子運動會產生電場的變化,變化的電場會產生電磁場。在物理科學家普朗克提出量子理論前,電子發出電磁波的能量變化被認為是連續的,無法

想像是

一份一份的,因為波的波動是連續的,能量理所當然應該是連續的。但能量連續的理論無法解釋基本的黑體輻射現實,出現了所謂的“紫外災難”。

1900年10月,普朗克試著提出電磁波輻射能量量子化的設想,就是電磁波輻射有最小的能量單位,能量變化必須是最小單位的倍數。這就是“

量子

”的由來。由此普朗克推匯出黑體輻射的理論計算公式,完全符合實驗結果。這個能量最小值就是普朗克常數h,

h

=6。62607015×10^(-34) 焦耳·秒,從此打開了近代量子力學的大門。

解說之一,量子到底是不是物質,怎麼看到量子呢?

之後,1905年愛因斯坦依據普朗克電磁波輻射量子化的理論,對當時無法解釋的光電效應進行了正確的解釋,提出光波的能量也是量子化的,其能量是光波頻率的倍數E=hν,即光量子理論,並取得了巨大成功,因此獲得了他一身中唯一的諾貝爾獎。

2、既然光(量)子能量也是量子化,那麼為什麼說主要是電子的能量量子化特徵呢?

這個要從光的產生說起,1665年牛頓用三稜鏡實驗發現太陽光的光譜,1802 年,伍朗斯頓在研究太陽連續光譜時,就發現了太陽連續光譜中出現的暗線。當時許多科學家試圖解釋這種現象,都無功而返,只總結出了光譜的經驗公式,無法從原子結構層面作出解釋。

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示意圖

1913年初,丹麥哥本哈根科學家玻爾的原子理論給出這樣的原子設想圖:

1、電子在原子核外做圓周運動,電子能量越高軌道離開原子核越遠。2、電子的軌道半徑是量子化的,可能的電子軌道必須是 h/2π的整數倍。3、電子從一個軌道躍遷到另一個軌道時原子會發射或吸收能量(在穩定的軌道上運動時電子不發射也不吸收能量),電子發射或吸收輻射的頻率是單一的,能量是量子化的,輻射吸收的能量必須符合 E=hν。

玻爾的理論成功地解釋了原子的穩定性和氫原子光譜線規律。從此後,電子軌道的精細結構(電子自旋的量子化特徵)等也在之後被科學家相繼揭開。

因此

,光量子

即光的產生和

光能量的量子化

,完全是電子在原子核外運動出現的能量量子化特徵衍生的。電子的量子化特徵其實涵蓋了

光量子特徵。

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3、質子、中子等粒子就沒有量子化特徵了嗎?

有。但是我們研究的是一般物質,物質在沒有發生核反應的情況下,質子和中子都在原子核內,其性質是透過原子核外電子能量變化和交互發生作用的,比如

化學反應、發光現象,超導現象等等

。雖然,粒子碰撞和正反粒子碰撞也能產生光量子,但這個本質上可歸類於核反應,這是因為粒子本質發生了變化。

因此,普通人能看到物質的量子化特徵最直接的辦法,就是看原子核外電子產生的發射光譜(如太陽光光譜),光譜中包含了各種物質元素可見的量子化資訊。

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物質的量子化特徵

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