近年来,量子成了媒体报道最热的科技术语之一,但作为物理学的专业名词,许多想要深入了解它的人都止步于其晦涩难懂的定义。量子是一种什么粒子?跟电子、质子、中子相比是大是小?
实际上,量子根本不是一种粒子。
首先,如果某个东西只能不连续地变化,我们就说它是量子化的。在生活中其实有很多这样的例子:在上台阶的时候,你只能上一个台阶、两个台阶,而不可能上半个台阶;又如电影院的座位,你只可能坐在5号座或6号座,但不可能坐在5.5号座。这些是宏观世界日常生活中的例子,而在微观世界,量子化就更加常见。例如氢原子中,电子能量是量子化的,它只能取某些特定的值,即负的13.6电子伏特除以n的平方,n等于1234等等。
20世纪初,普朗克等科学家发现量子化是微观世界的本质现象,以此为基础建立了一套理论,叫做量子力学。现在量子力学被称为物理学的两大支柱之一,另一个支柱是相对论。跟这两个基础理论相比,中学的牛顿理学其实只是一种近似理论,它只适用于宏观物体的低速运动。当描述微观世界时,一定要用量子力学,如果用牛顿力学就一定是错误的。同样,当描述接近光速的运动时,就一定要用相对论。
我们往往把经典和量子作为一对形容词,例如经典计算机和量子计算机。经典计算机指的就是我们现在用的常规的计算机,量子计算机指的是正在研发的以量子力学的叠加、测量、纠缠等特性为基础的未来的计算机。它有希望对某些数学问题实现比经典计算机强大得多的计算能力。
(罗会仟)