物质是什么量子物理(物质是什么量子物理现象)

什么是量子物理学？

什么是量子物理?简而言之，物理学解释了一切事物的运作方式:这是我们对构成物质的粒子的本质以及它们相互作用的力的最佳描述。

量子物理学是原子工作原理的基础，也是化学和生物学的原理。你，我和门柱，至少在某种程度上，我们都在跟着量子节奏跳舞。如果你想解释电子如何通过电脑芯片，光子如何在太阳能电池板中变成电流，或者如何在激光中自我放大，甚至是太阳如何持续燃烧，你就需要使用量子物理学。

对物理学家来说，困难和乐趣就从这里开始了。首先，没有单一的量子理论。还有量子力学，支撑这一切的基本数学框架，它是在20世纪20年代由尼尔斯·玻尔，维尔纳·海森堡，埃尔温·薛定谔等人首先发展起来的。它描述了一些简单的事情，比如单个粒子或少数粒子群的位置或动量如何随时间变化。

但要理解现实世界中事物是如何运作的，量子力学必须与其他物理元素结合起来——主要是阿尔伯特·爱因斯坦的狭义相对论，它解释了当物体快速移动时会发生什么——从而创造出所谓的量子场理论。

三种不同的量子场理论处理物质相互作用的四种基本力中的三种:电磁力，它解释了原子是如何结合在一起的;强核力，它解释了原子核在原子中心的稳定性;以及弱核力，这解释了为什么有些原子会发生放射性衰变。

在过去的50年左右时间里，这三个理论被汇集在一个摇摇晃晃的联盟中，被称为粒子物理学的“标准模型”。尽管给人的印象是这个模型是用胶带粘在一起的，但这是迄今为止所设计出的关于物质基本工作原理的最准确的测试图像。它最辉煌的成就是在2012年发现了希格斯玻色子(Higgs boson)。希格斯玻色子赋予了其他所有基本粒子质量，早在1964年，就有人根据量子场论预测希格斯玻色子的存在。

传统的量子场理论很好地描述了高能粒子加速器的实验结果，比如欧洲核子研究中心的大型强子对撞机(Large Hadron Collider)，希格斯粒子就是在那里被发现的，它探测物质的最小尺度。但如果你想了解在很多不那么深奥的情况下，电子如何在固体材料中运动或不运动，从而使一种材料成为金属、绝缘体或半导体，事情就变得更加复杂了。

在这些拥挤的环境中，数以亿计的相互作用需要发展“有效场理论”来掩盖一些血淋淋的细节。构建这些理论的困难在于，为什么固态物理中的许多重要问题仍未解决——例如，为什么一些材料在低温下是允许无电阻电流的超导体，以及为什么我们不能在室温下实现这一技巧。

但在所有这些实际问题的背后，隐藏着一个巨大的量子之谜。在基本层面上，量子物理学预测了物质如何运作的非常奇怪的事情，这些事情与现实世界中事物的运作方式完全不一致。量子粒子可以像粒子一样，在一个单一的位置;或者它们可以像波一样，分布在整个空间或同时分布在几个地方。它们如何出现似乎取决于我们选择如何测量它们，而在我们测量它们之前，它们似乎根本没有确定的属性——这让我们想到一个关于基本现实本质的根本难题。

但在所有这些实际问题的背后，隐藏着一个巨大的量子之谜。在基本层面上，量子物理学预测了物质如何运作的非常奇怪的事情，这些事情与现实世界中事物的运作方式完全不一致。量子粒子可以像粒子一样，在一个单一的位置;或者它们可以像波一样，分布在整个空间或同时分布在几个地方。它们如何出现似乎取决于我们选择如何测量它们，而在我们测量它们之前，它们似乎根本没有确定的属性——这让我们想到一个关于基本现实本质的根本难题。

但在所有这些实际问题的背后，隐藏着一个巨大的量子之谜。在基本层面上，量子物理学预测了物质如何运作的非常奇怪的事情，这些事情与现实世界中事物的运作方式完全不一致。量子粒子可以像粒子一样，在一个单一的位置;或者它们可以像波一样，分布在整个空间或同时分布在几个地方。它们如何出现似乎取决于我们选择如何测量它们，而在我们测量它们之前，它们似乎根本没有确定的属性——这让我们想到一个关于基本现实本质的根本难题。

这种模糊性导致了明显的悖论，比如薛定谔的猫，由于一个不确定的量子过程，一只猫既死又活。但这还不是全部。量子粒子似乎也能在瞬间相互影响，即使它们相距很远。这种真正令人迷惑的现象被称为纠缠，或者，用爱因斯坦(一位伟大的量子理论评论家)创造的短语来说，“远距离的幽灵行为”。这种量子能力对我们来说是完全陌生的，但却是超安全量子密码和超强大量子计算等新兴技术的基础。

如果物质是由量子、粒子构成的，那么能量是由什么构成的？

这是一个有点复杂的问题，能量无处不在，但是人们又无法看见也无法触摸到它。根据爱因斯坦的质能守恒方程，在孤立的物理系统中，宇宙中总能量是一个守恒量。

组成能量的事物不是我们通常所理解的量子或粒子，能量只是某一个物理系统对其它的物理系统做功的能力。在我们的物理学描述中，能量分为机械能（动能和势能）、热能、电能、化学能、辐射能等，这些能量相互间可以进行转换，每当某种物质变热、变冷、移动、生长、发出声音或以任何方式发生变化时，它都会消耗能量。

当物质具有速度时，就说它具有了动能，还有各种形式的势能。动能和势能也是可以相互转换的，打个比方说，当你将石头高高抛起，它会慢慢减速，这个时候动能就会转换为势能；然而这个势能并不是这块石头本身的属性，它是这块石头加上地球的属性；一旦这块石头到达其轨迹的峰值时，它的这种势能又会转化为动能。

至于热能，在古代，人们认为热是一种叫作燃素的物质的表现，人们认为这种物质，在物体里面流动，也是温度变化的媒介。直到近现代，人们开始明白热是物质粒子集体运动的一种涌现属性。

物质确实是由量子、粒子组成的，但是量子、粒子实际上只是基本量子场的一种激发模式。事实上，我们所能感知到的物质，是由大量相互作用的场激发而成，因此涉及到大量的机械能、化学能、热能等。

现代物理学的伟大发现“物质即能量”，也可以理解为物质只是能量的一种表现形式而已，所以说部分能量（物质部分）是由量子、粒子组成的。物质、能量、还有些我们现在还无法探知的东西，构成了我们的世界。

量子物理是什么东西

量子概念是1900年普朗克首先提出的，到今天已经一百多年了。期间，经过玻尔、德布罗意、玻恩、海森柏、薛定谔、狄拉克、爱因斯坦等许多物理大师的创新努力，到20世纪30年代，初步建立了一套完整的量子力学理论。

我们把 科学家们在研究原子、分子、原子核、基本粒子时所观察到的关于微观世界的系列特殊的物理现象称为量子现象。

量子世界除了其线度极其微小之外（10^-10～10^-15m量级），另一个主要特征是它们所涉及的许多宏观世界所对应的物理量往往不能取连续变化的值，（如：坐标、动量、能量、角动量、自旋），甚至取值不确定。许多实验事实表明，量子世界满足的物理规律不再是经典的牛顿力学，而是量子物理学。量子物理学是当今人们研究微观世界的理论，也有人称为研究量子现象的物理学。

量子到底是不是物质呢，究竟怎么才能看到量子呢？

量子不是一种物质，我们用任何的手段，也不可能看到真正的“量子”在我们的眼帘上出现。量子力学，堪称是二十一世纪，前沿物理学界研究的主流学科之一，迄今为止，为人类社会做出了无数的贡献，可以说是有目共睹。

我们现在日常生活中使用的GPS，手机，电脑等等工具，实际上，都在一定程度上使用了不断更新换代的量子科技。因此，我看门完全可以说，量子已经介入了生活的方方面面。

那么，量子到底是什么呢？它是不是一种能看得见，摸得着的物质？还真不是。没错，与其说量子是物质，不如说量子是一种“思想”。早在一百多年以前，量子力学还没有横空出世的时候，科学家就已经在“波尔模型”中找到了量子论的雏形。

只不过，当时的人类，还在认为“以太”是存在的，没有发展出完备，足够诠释微观粒子变化的统一量子力学而已。量子，不光是思想，更是一种“现象”。

正是因为它和我们的宏观世界格格不入；因此，它才倍加的难以理解。上世纪的伟大物理学家费曼，曾经在接受媒体采访的时候，说“没人能真正的理解量子力学，包括我自己”。这是我们的思维逻辑局限所决定的。

就像我们永远无法想象一只猫，会在薛定谔的假设里“既死又活”一样。量子世界，就是这么精深奥妙。那么，量子能不能被我们所看到呢？

也不能。根据十九世纪开战的“光的双缝干涉”实验，它证明了量子和光子，微观粒子都存在着“波粒二象性”。在一定的条件下，会演变为电磁波，当我们决定对其进行观察的时候，量子就会瞬间消失。

物理学定义物质是什么

物理学

什么是物理学

物理学是研究自然界的物质结构、物体间的相互作用和物体运动最一般规律的自然科学。物理学研究的范围

——

物质世界的层次和数量级物理学

(physics)质子

10-15

m空间尺度:物

质

结

构物质相互作用物质运动规律微观粒子microscopic介观物质mesoscopic宏观物质macroscopic宇观物质cosmological类星体

10

26

m时间尺度:基本粒子寿命

10-25

s宇宙寿命

1018

s绪

论e-15e-12e-09e-06e-031me+03e+06e+09e+12e+15e+18e+21e+24e+27最小

的细胞原子原子核基本粒子dna长度星系团银河系最近恒

星的距离太阳系太阳山哈勃半径超星系团人蛇吞尾图,形象地表示了物质空间尺寸的层次物理现象按空间尺度划分:量子力学经典物理学宇宙物理学按速率大小划分:

相对论物理学非相对论物理学按客体大小划分:

微观系统宏观系统

按运动速度划分:

低速现象高速现象

实验物理理论物理计算物理今日物理学物理学的发展。

物理学是人们对无生命自然界中物质的转变的知识做出规律性的总结。这种运动和转变应有两种。一是早期人们通过感官视觉的延伸，二是近代人们通过发明创造供观察测量用的科学仪器，实验得出的结果，间接认识物质内部组成建立在的基础上。物理学从研究角度及观点不同，可分为微观与宏观两部分，宏观是不分析微粒群中的单个作用效果而直接考虑整体效果，是最早期就已经出现的，微观物理学随着科技的发展理论逐渐完善。

其次，物理又是一种智能。

诚如诺贝尔物理学奖得主、德国科学家玻恩所言：“如其说是因为我发表的工作里包含了一个自然现象的发现，倒不如说是因为那里包含了一个关于自然现象的科学思想方法基础。”物理学之所以被人们公认为一门重要的科学，不仅仅在于它对客观世界的规律作出了深刻的揭示，还因为它在发展、成长的过程中，形成了一整套独特而卓有成效的思想方法体系。正因为如此，使得物理学当之无愧地成了人类智能的结晶，文明的瑰宝。

大量事实表明，物理思想与方法不仅对物理学本身有价值，而且对整个自然科学，乃至社会科学的发展都有着重要的贡献。有人统计过，自20世纪中叶以来，在诺贝尔化学奖、生物及医学奖，甚至经济学奖的获奖者中，有一半以上的人具有物理学的背景；——这意味着他们从物理学中汲取了智能，转而在非物理领域里获得了成功。——反过来，却从未发现有非物理专业出身的科学家问鼎诺贝尔物理学奖的事例。这就是物理智能的力量。难怪国外有专家十分尖锐地指出：没有物理修养的民族是愚蠢的民族!