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量子到底是什么？是比原子、电子更小的粒子,还是一种理论？

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这是个很有意思的问题 。看到“量子”这个词 。许多人在“不明觉厉”之余 。第一反应就是把它理解成某种粒子 。但是只要是上过中学的人 。都知道我们日常见到的物质是由原子组成的 。原子又是由原子核与电子组成的 。原子核是由质子和中子组成的 。那么问题来了 。量子究竟是个什么鬼？难道是比原子、电子更小的粒子吗？
其实不是 。量子跟原子、电子根本不能比较大小 。因为它的本意是一个数学概念 。好比说“5”是一个数字 。“3个苹果”是一个实物 。你问“5”和“3个苹果”哪个大 。这让人怎么回答？正确的回答只能是：它们不是同一范畴的概念 。无法比较 。
【量子到底是什么？是比原子、电子更小的粒子,还是一种理论？】那么 。量子这个数学概念的意思究竟是什么呢？就是“离散变化的最小单元” 。
举个例子 。我们上台阶时 。只能上一个台阶、两个台阶 。而不能上半个台阶、1/3 个台阶 。这就是“离散变化” 。对于上台阶这件事来说 。一个台阶就是一个量子 。

量子到底是什么？是比原子、电子更小的粒子,还是一种理论？

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跟“离散变化”相对的叫做“连续变化” 。例如你在一段平路上 。你可以走到1米的位置 。也可以走到1.1米的位置 。也可以走到1.11米的位置 。如此等等 。中间任何一个距离都可以走到 。这就是“连续变化” 。
显然 。离散变化和连续变化在日常生活中都大量存在 。这两个概念本身都很容易理解 。没有什么特别之处 。那么 。为什么“量子”这个词会变得如此重要呢？
因为人们发现 。离散变化是微观世界的一个本质特征 。
微观世界中的离散变化可以分为两类 。一类是物质组成的离散变化 。一类是物理量的离散变化 。
先来看第一类 。例如光是由一个个光子组成的 。你不能分出半个光子、1/3个光子 。所以光子就是光的量子 。阴极射线是由一个个电子组成的 。你不能分出半个电子、1/3个电子 。所以电子就是阴极射线的量子 。
在这种情况下 。你似乎可以拿量子去跟原子、电子比较了 。但这并没有多大意义 。因为它是随你的问题而变的 。你需要分清 。原子、电子、质子、中子、中微子这些词本身就对应某些粒子 。而量子这个词在不同的语境下对应不同的粒子（如果它对应粒子的话） 。并没有某种粒子专门叫做“量子”！
再来看第二类 。例如氢原子中电子的能量只能取-13.6 eV（eV 是“电子伏特” 。一种能量单位）或者它的1/4、1/9、1/16 等等 。总之是这个值除以某个自然数的平方（-13.6/n^2 eV 。n可以取1、2、3、4、5等等） 。而不能取-13.6 eV的2 倍、1/2 或1/3等等 。这时我们不好说氢原子中电子能量的量子是什么 。但会说氢原子中电子的能量是“量子化”的 。
说某个东西是量子化的 。意思就是这个东西只能离散变化 。这是一种普遍现象 。每一种原子中电子的能量都是量子化的 。也就是说它只能取某些值 。不能取这些值之间的值 。
发现“离散变化是微观世界的一个本质特征”后 。科学家创立了一门准确描述微观世界的物理学理论 。就是“量子力学” 。现在你可以明白 。这个名称是怎么来的 。它其实是为了强调离散变化在微观世界中的普遍性 。量子力学出现后 。人们把传统的牛顿力学称为经典力学 。
对普通民众来说 。量子力学听起来似乎很前沿 。但对相关专业（物理、化学）的研究者来说 。量子力学的相关发展已经超过了一个世纪 。
量子力学起源于1900 年 。当普朗克在研究“黑体辐射”问题时 。发现必须把辐射携带的能量当作离散变化的 。才能推出跟实验一致的公式 。在此基础上 。爱因斯坦、玻尔、德布罗意、海森堡、薛定谔、狄拉克等人提出了一个又一个新概念 。大大扩展了量子力学的应用范围 。到20 世纪20 年代末 。量子力学的理论大厦已基本建立起来 。能够对微观世界的很多现象作出定量描述了 。
许多最基本的问题 。是量子力学出现后才能回答的 。例如：
为什么原子能保持稳定 。例如氢原子中的电子不落到原子核上？
为什么原子能形成分子 。例如两个氢原子聚成氢气分子？
为什么原子有不同的组合方式 。例如碳原子能组合成石墨、金刚石、足球烯、碳纳米管、石墨烯？为什么食盐会形成离子晶体？
为什么有些物质很稳定 。而有些物质很容易发生化学反应？
为什么有些物质 。如铜 。能导电？有些物质 。如塑料 。不导电？为什么有些物质如硅 。是半导体？为什么有些物质 。如水银 。在低温下变成超导体？

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