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量子是波还是粒子?

科学世界  · 科学  · 6 天前

主要观点总结

本文介绍了量子概念,包括量子是什么、波粒二象性以及量子纠缠等内容,并宣传了《科学世界》杂志的订阅活动。读者可以通过文末链接订购杂志,享受优惠价格并获取更多科普知识。

关键观点总结

关键观点1: 什么是量子?

量子是现代物理学的重要概念,是微观世界的最小砖块。物质和能量的微观单位,如原子、光子等,都是量子。

关键观点2: 波粒二象性

量子具有波粒二象性,即光既是波也是粒子。所有的量子,如原子、电子、中微子等,都具有这一性质。

关键观点3: 杂志订阅活动宣传

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正文

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当“量子计算” “量子通信”频繁闯入视野,你是否好奇:到底什么是“量子”?它到底是波还是粒子?今天用两个关键知识点,带你叩开量子世界的大门。


01

什么是量子?

量子(quantum)是现代物理学的重要概念,是微观世界的“最小砖块”。即一个物理量如果存在最小的不可分割的基本单位,则这个物理量是量子化的,并把最小单位称为量子。


举个栗子:

🌰 物质层面:构成物质的基础粒子“原子”、构成原子的“电子”“中子”“质子”等都是量子;

🌰 能量层面:光的粒子“光子”,以及“中微子”等基本粒子(物质的最小单位)也是量子。


02

波粒二象性

“波粒二象性”是量子的重要性质之一我们在中学会学习到光是“波”。由于光是波,因此具有“衍射”(绕到障碍物阴影)以及“干涉”(相互增强或减弱)等波特有的现象。此外,光(可见光)的颜色也会因波长而变化。


另一方面,光也是“粒子”。离灯光(光源)越远,光就越暗。假设从光源发出的光亮度为1,随着离光源越来越远,其亮度会变成0.1、0.0001、0.0000001……直至无限暗——可能大家会这么想,其实不然。光存在不能再变暗(变小)的最小单位,这就是光的粒子“光子”。光的亮度取决于光子的数量。光子的数量越多,光就越明亮。如果你感觉灯光耀眼的话,那是因为大量的光粒子飞入了你的眼睛。


总而言之,光既是“波”,也是量子的性质“光子”这一“粒子”的集合体, 这就是波粒二象性。不仅光具有波粒二象性,原子、电子、中微子等所有的量子都具有波粒二象性。



物理学家阿尔伯特·爱因斯坦(1879~1955)指出光既是波也是粒子,并于1905年提出“光量子假说”,即光中存在不可再分割的最小单位的粒子(光量子)。1921年,爱因斯坦因光量子假说这一成就——而不是著名的相对论——荣获了诺贝尔物理学奖。


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本文摘编自杂志2025年第4期,文章内容略有删改


新媒体编辑 | 周濛


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