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量子

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量子一词来自拉丁语quantum,意为“有多少”,代表“相当数量的某物质”。在物理学中常用到量子的概念,指一个不可分割的基本个体。例如,“光的量子”是光的单位。而延伸出的量子力学量子光学等更成为不同的专业研究领域。

其基本概念为所有的有形性质是“可量子化的”。“量子化”指其物理量的数值是特定的,而不是任意值。例如,在(休息状态的)原子中,电子的能量是可量子化的。这决定原子的稳定和一般问题。

在20世纪的前半期,出现了新的概念。许多物理学家将量子力学视为了解和描述自然的的基本理论。在量子被发现的100多年间,经过普朗克,爱因斯坦,波尔等科学家的不懈努力,已初步建立量子力学理论。

历史

量子物理是研究量子化的物理分支,在1900年根据热辐射理论延伸建立量子理论。由于马克斯·普朗克(M. Planck)试图解决黑体辐射问题,所以他大胆提出量子假设,并得出了普朗克辐射定律,沿用至今。

当时德国物理界聚焦于黑体辐射问题的研究。马克斯·普朗克在1900年12月14日的德国物理学学会会议中第一次发表能量量子化数值、Avogadro-Loschmidt数的数值、一个分子摩尔(mole)的数值及基本电荷。其数值比以前的更准确,提出的理论也成功解决了黑体辐射的问题,标志着量子力学的诞生。

量子假设的提出有力地冲击了古典物理学,促进物理学进入微观层面,奠基现代物理学。但直到现在,物理学家关于量子力学的一些假设仍然不能被充分地证明,仍有很多需要研究的地方。

相关方程

黑体辐射量子方程

黑体辐射量子方程是量子力学的第一部分。在1900年10月7日面世。

当物体被加热,它以电磁波的形式散发红外线辐射。物体变得炽热时,红色波长部分开始变得可见。大多数热辐射是红外线,除非物体变得像太阳的表面一样热,但当时的实验室内不能够达成这种条件而且只可以量度部分黑体光谱。

能量、辐射频率及温度可以被写成:

h普朗克常数k玻尔兹曼常数。两者都是物理学中的基础。基础能量的量子是hf。可是这个单位正常之下不存在并不需要量子化。

参考书籍

  • M. Planck,A Survey of Physical Theory,transl. by R. Jones and D.H. Williams,Methuen & Co.,Ltd.,London 1925(Dover editions 1960 and 1993)including the Nobel lecture.
  • J. Mehra and H. Rechenberg,The Historical Development of Quantum Theory,Vol.1,Part 1,Springer-Verlag New York Inc.,New York 1982.
  • Lucretius,"On the Nature of the Universe",transl. from the Latin by R.E. Latham,Penguin Books Ltd.,Harmondsworth 1951. There are,of course,many translations,and the translation's title varies. Some put emphasis on how things work,others on what things are found in nature.

参看

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